Вариант 6 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Курсовая / Курсовая работа Крюков.Н.С
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
(РУТ (МИИТ))
ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»
Курсовая работа
по дисциплине «Теплофизика» на тему:
«Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха»
Выполнил: студент группы УЗС-311
Крюков Н.С.
Проверил: ктн, доцент Тимошенкова Е.В.
Москва 2017
1
|
Содержание |
|
1. |
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................... |
4 |
1.1 |
Метеорологические основы для проектирования систем кондиционирования ....... |
5 |
1.2 |
Теплофизиологические основы проектирования систем кондиционирования ........ |
5 |
1.3 |
Гигиенические основы ................................................................................................... |
6 |
2.Тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период
(тепловлажностный баланс) ......................................................................................................... |
7 |
Модель системы кондиционирования воздуха в кабине машиниста................................... |
7 |
2.1Работа системы кондиционирования воздуха кабины машиниста состоит в
следующем:........................................................................................................................... |
7 |
2.2Расчетная модель тепло- и влагопоступлений в кабину в летний период года 9
|
2.3 |
Теплопоступления через ограждения.................................................................. |
10 |
|
2.4 |
Теплопоступления с инфильтрационным воздухом .......................................... |
10 |
|
2.5 |
Теплопоступления излучением от солнца .......................................................... |
11 |
|
2.6 |
Теплопоступления от людей ................................................................................ |
12 |
|
2.7 |
Теплопоступления от оборудования.................................................................... |
13 |
|
2.8 |
Поступление влаги в кабину ................................................................................ |
13 |
|
2.9 |
Общая тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период |
|
|
(тепловлажностный баланс) .............................................................................................. |
15 |
|
3. |
Предварительный выбор системы кондиционирования ................................................ |
16 |
|
4. |
Расчет требуемой холодопроизводительности системы кондиционирования ............ |
16 |
|
5. |
Принцип работы кондиционера........................................................................................ |
19 |
6.Расчет теплообменных аппаратов, входящих в систему кондиционирования кабины
локомотива ................................................................................................................................... |
21 |
|
7. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ............................................................................................................... |
27 |
8. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ............................................................................................................... |
28 |
9. |
Список литературы ............................................................................................................ |
29 |
2
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» (РУТ (МИИТ))
ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»
ЗАДАНИЕ Студенту группы УЗС-311 Крюкову Н.С на выполнение курсовой работы на
тему:
«Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха»
Исходные данные:
|
Подвижной состав |
Вариант №6 |
|
параметры |
значения |
1. |
Площади кабины |
F |
1.1 лобовая стена (с остеклением) |
4,0 |
|
Остекление, м2 |
1,7 |
|
1.2 задняя стенка |
4,0 |
|
1.3. Правая стенка (с остеклением) |
3,2 |
|
Остекление, м2 |
0,7 |
|
1.4 левая боковая (с остеклением) |
3,2 |
|
Остекление, м2 |
0,7 |
|
1.5 пол, м2 |
2,8 |
|
1.6 потолок, м2 |
3,2 |
|
2. |
Объем кабины, м3 |
5,5 |
3. |
Средний Коэффициент Теплопередачи Кабины, |
|
Вт/м2к |
2,5 |
|
4. |
Климатическая зона эксплуатации |
влажная теплая |
5. |
Температура наружного воздуха, 0с |
35 |
6. |
Влажность наружного воздуха, % |
70 |
7. |
Влажность воздуха в кабине, % |
80 |
3
1.ВВЕДЕНИЕ
Системы кондиционирования воздуха применяют для создания и поддержания нормируемого микроклимата, т.е. главным образом температуры, влажности, подвижности воздуха на рабочих местах машиниста и помощника.
Рабочее место локомотивной бригады изолировано от внешней среды ограждающими конструкциями (стенами), что позволяет создать в ней определенный микроклимат. Ограждения защищают помещения от непосредственных атмосферных осадков, а климатические установки поддерживают состояние внутренней среды на определенном уровне.
Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающие заданные условия микроклимата в помещении будем называть системой обеспечения микроклимата.
Профессия машиниста локомотива относится к группе профессий операторского типа. Данный вид деятельности с физиологической точки зрения характеризуется выраженным нервно-эмоциональным напряжением и
втоже время малоподвижностью, что требует высокого уровня комфортности.
Всистему кондиционирования любого помещения входят такие теплообменные аппараты как: испаритель и конденсатор. При проектировании данных теплообменников инженер должен учитывать не только конкретные входные и выходные данные, например, по значениям температур, но и уметь определять величину этих значений входных-выходных данных в соответствии с общей нагрузкой на систему кондиционирования помещения,
а также определять режим работы теплообменников.
Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов предлагается провести на примере рассмотрения системы кондиционирования воздуха,
которая устанавливается на кабину машиниста с целью обеспечения в ней комфортного температурного режима для летнего периода эксплуатации подвижного состава.
4
1.1 Метеорологические основы для проектирования систем кондиционирования
К метеорологическим основам следует отнести такие составляющие как:
погоду, климат в данной местности и наличие солнечного излучения
(климатическая зона).
Состояние погоды определяется совокупностью следующих метеорологических параметров:
-температурой наружного воздуха, 0С;
-относительной влажностью наружного воздуха, %;
-атмосферным давлением, Па (в проекте принимается атмосферное давление 760 мм рт.ст.)
-скорость движения воздушных масс, м/с (в нашем проекте данный параметр не учитывается)
Перечисленные элементы являются исходными параметрами при
проектировании систем кондиционирования.
1.2 Теплофизиологические основы проектирования систем кондиционирования
В задачу кондиционирования воздуха в кабине локомотива входит обеспечение комфортных условий для человека. Теплоотдача от человека в окружающую среду осуществляется главным образом посредством теплопроводности, конвекции, а также за счет излучения и скрытого теплообмена испарением с поверхности тела.
Чтобы обеспечить комфортные условия необходимо чтобы в любой момент времени между количеством тепла и влаги, поступающим от человека в окружающее его пространство и количеством тепла и влаги, которая среда способна поглотить, будет обеспечен нулевой баланс. Таким образом,
тепловой комфорт можно обеспечить, если окружающая среда способна поглотить, то количество тепла и влаги, которое поступает от человека.
5
Рассчитаем температуру воздуха, которая должна быть в кабине локомотива по формуле:
(1)
в = 20 + 0,4 ( н − 20)
в = 20 + 0,4 (35 − 20) = 26 tв – температура воздуха в кабине, 0С;
tн – температура наружного воздуха, 0С
1.3 Гигиенические основы
Гигиенические требования заключаются в том, чтобы подвода чистого воздуха обновлять постоянно загрязняемый человеком воздух в кабине.
Физическая очистка воздуха достигается с помощью фильтров. В
соответствии с санитарно-гигиеническими нормами для летнего режима эксплуатации кабины локомотива принимаем необходимое количество наружного воздуха на 1 человека 30 м3/ч. С учетом, что в кабине могут находиться машинист, помощник и оператор, т.е. 3 человека, то наружного воздуха необходимо подавать не менее Lнар = 90 м3/ч
6
2. Тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период (тепловлажностный баланс)
Модель системы кондиционирования воздуха в кабине машиниста
Модель системы кондиционирования воздуха в кабине машиниста представлена на рисунке 1.
Рисунок 1
2.1 Работа системы кондиционирования воздуха кабины машиниста состоит в следующем:
Охлажденный воздух подается сверху кабины через технологические отверстия системы в количестве Lобщ. Данная точка подачи воздуха называется точкой притока и для дальнейших расчетов обозначается точкой П.
Далее поток воздуха плавно опускается и достигает рабочих мест машиниста и помощника. При этом, опускаясь, он аккумулирует тепло и влагу, и поэтому достигнув рабочего пространства он уже должен иметь
7
параметры точки В, которая определяет состояние внутреннего воздуха в кабине на рабочих местах.
Далее одна часть воздуха в количестве Lрец , всасывается в возвратный воздуховод внизу кабины, а вторая часть уходит самопроизвольно на улицу через щели и технологические каналы кабины. Та часть, которая всасывается в возвратный воздуховод, называется рециркуляционным воздухом, т.е.
возвращающимся в систему кондиционирования.
С улицы, пройдя очистку через фильтры, в систему кондиционирования поступает наружный воздух в количестве Lнар. Согласно санитарным нормам наружный воздух должен подаваться в количестве не менее 30 м3/ч на человека, и с учетом присутствия трех человек в кабине (машинист,
помощник, инструктор) для всех систем кондиционирования Lнар=90 м3/ч.
Наружный воздух имеет параметры, указанные в исходных данных
(температуру и влажность) а состояние наружного воздуха отражает точка Н,
которая также, как и точка В должна быть построена на I-d диаграмме.
Далее в смесительной камере смешиваются два потока воздуха:
рециркуляционный в количестве Lрец с параметрами точки В и наружный количестве с параметрами точки Н.
При этом должно строго выполняться следующее равенство: Lрец + Lнар
= Lобщ м3/ч.
Таким образом, при смешении двух потоков воздуха должна быть определена точка смеси С: рассчитаны ее параметры (температура, влажность,
энтальпия, влагосодержание). Расчет приведен в п.4.2 данной курсовой работы.
После этого смешанный воздух в количестве Lобщ проходит через диффузор, который немного затормаживает воздушный поток для его лучшего охлаждения при прохождении через сам корпус кондиционера. В
кондиционере поток воздуха охлаждается от параметров состояния точки С до параметров состояния точки П. Далее, в конфузоре воздушный поток
8
увеличивает свою подвижность и поступает в кабину из технологического
отверстия системы (точка притока П).
2.2 Расчетная модель тепло- и влагопоступлений в кабину в летний период года
Расчетная модель тепло- и влагопоступлений в кабину в летний период года представлена на рисунке 2.
Рисунок 2
Таким образом, сумма всех теплопоступлений в кабину локомотива в летний период эксплуатации, Вт, это и есть тепловлажностный баланс:
(2)
поступления = огр + инф + изл + чел + об + скр
поступления = 459 + 0,181 + 711,993 + 184,512 + 50 + 0,132
= 1405,818 Вт
Qогр – теплопоступления через ограждения (стены, окна, пол, крыша), Вт
Qинф – теплопоступления с инфильтрационным воздухом, Вт
Qизл – теплопоступления от солнечного излучения, Вт
Qчел – теплопоступления от людей, Вт
Qоб – теплопоступления от оборудования, Вт
9
Gскр. – скрытые теплопоступления или влагопоступления от людей и с инфильтрационным воздухом, Вт
2.3 Теплопоступления через ограждения
Приток тепла через ограждения кабины происходит путем теплопередачи и определяется из общего уравнения теплопередачи:
(3)
огр = ср ср ( нар − в) , Вт
огр = 2,5 20,4(35 − 26) = 459 Вт
кср – средний коэффициент теплопередачи ограждений кабины, Вт/м2К
Fср – средняя площадь ограждений кабины, м2
tв - температура внутреннего воздуха, 0С, определяется по формуле (1) tн – температура наружного воздуха, 0С
(4)
ср = лоб.ст + бок.ст 2 + пол + крыша + задн.ст , м2
ср = 4 + 2 3,2 + 2,8 + 3,2 + 4,0 = 20,4 м2
лоб.ст − площадь лобовой стенки кабины, м2бок.ст − площадь одной боковой стенки кабины, м2пол − площадь пола кабины, м2крыша − площадь крыши кабины, м2
задн.ст − площадь задней стенки кабины, м2
2.4 Теплопоступления с инфильтрационным воздухом
Инфильтрация – это проникновение наружного воздуха под действием ветра и разности температур через неплотности в ограждающих конструкциях кабины.
(5)
инф = инф р ( нар − в) , Вт
инф = 0,00002 1005 (35 − 26) = 0,181 Вт
10