制冷量的理论计算.doc

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无源降温系统计算报告 根据能量守恒原理,为满足该降温系统制冷量的要求,需要计算出所有释放热量的因素,并据此计算所需的制冷量。对于永久硐室: 释放热量的主要因素有两个: 1)人体发热量; 2)空气洗涤过程中产生的热量。 制冷量的主要因素有三个: 1)硐室内空气从16℃升至30℃的吸热量; 2)通过壁面传导的热量; 3)降温系统提供制冷量的总和。 降温系统基本参数, 硐室人数(n): 100人 降温时间(t): 96小时 硐室环境(to): 16℃ 硐室材质: 煤岩(煤层)硬度4 硐室空间: 长×宽×高(l×w×h):40米×4.6米×2.9米。 总发热量计算(Wh) 人体发热量计算(Wn) 初始环境温度设为26℃,根据《空气调节工程》.郑爱平著 科学出版社 2002, P27、表2-3、表2-4,人体在28℃的环境温度下静坐时显热和潜热分别为Q01=53W、QPT=55W。每人总的发热量为Q1=Q0+QPT=108W。群集系数n'=0.89。 总的显热量:Q0= Q01×n×n '=53×100×0.89=4717W 总的潜热量:QPT= QPT1×n×n '=55×100×0.89=4895W 总的发热量:Qh= Q0 +QPT=4717W +4895W=9612W 洗涤空气释放的热量(Wco2) 鉴于缺乏相关吸附资料,仅将已知二氧化碳在洗涤过程中产生的热量进行计算。 根据《飞行器环境控制》.寿荣中、何慧珊著 北京航空航天大学出版社 2004.7, P51,每人释放出来的二氧化碳量在18~22L/h范围内变化,为计算方便,取平均值为:qv,n=20L/h/人。标准状况下二氧化碳密度ρ= 1.977g/L。 则100人106小时释放二氧化碳总量: qv= qv,n*ρ*n*t =20L/h/人×1.977g/L×100人÷3600=1.098g 根据洗涤二氧化碳所提供的数据,二氧化碳在吸附过程中产生的热量为hc=1400kJ/kg。(此数据来源于2011-7-7电子邮件收到的《救生舱及避难硐室里的生命保障系统》) 则洗涤二氧化碳释放的总热量为: Wco2= qv·hc =1.098g×1400J/g =1.537 kJ 故吸附二氧化碳的发热量相当于1.537KW的发热量, 总发热量(Wh) 总发热量是人体产生的总热量Wn及洗涤空气产生的总热量Wco2之和: 总发热量:Wh=Wn+ Wco2=9612+1537=11149W (偏大) 总制冷量计算(Wl) 硐室内空气升温过程吸收的热量(Wa) 硐室内空气起始温度16℃,总量qa为硐室的体积v(40米×4.6米×2.9米)乘以空气密度ρa(1.293kg/m3)。 空气总量为: qa=v×ρa =40m×4.6m×2.9m×1.293kg/m3 =690kg 则室内空气由16℃升至30℃,平均温度为23℃,查其物性参数得知,其比热Cpa=1.005kJ/(kg℃)。 硐室内空气吸收的热量Wa: Wa=qa×Cpa×Δt =690kg×1.005kJ/(kg.℃) ×(30℃-16℃) =8442Kj 折合制冷量功率: PGAS=8842÷96÷3600=26W 硐室壁面吸收的热量(Ww) 根据《矿井通风与空气调节》.赵以慧主编.中国矿业大学出版社.1990.12,P197中公式1 0-1-14进行等效计算。数据仅供参考。 硐室空间为长×宽×高(l×w×h):4 0米×4.6米×2.9米,其断面为Fd= w×h=4.6m×2.9m=13.34m2。 设内部循环风量为Qx=1800m3/h,则室内空气平均速度υ=Qx/Fd=1800m3/h÷3600 s / h÷13.34m2=0.15m/s。 断面周长U=2×(w+h) =2×(4.6m+2.9m) =15m。 硐室壁面总面积F=2×(l×w + l×h+ w×h) =2×(40×4.6 +40×2.9+4.6×2.9)=626.68m2 则换热系数α=0.426×(υU)^0.8/F^0.2 =0.426×(0.15 ×15)^0.8/(13.34) ^0.2 =0.485W/(m2℃) 硐室壁面吸收的热量Ww: Ww=tαFΔt =0.485W/(m2℃)×626.68m2×(30℃-16℃) = 4688W 其他制冷因素 除了以上吸热的因素外,硐室内部的贮存气体、低温液体水、物体等的热容对室温提高是一种限制因素;贮存气体放气制冷;硐室与外界的物质交换如水分、空气交换等对硐室是一种制冷因素,这些因素因边界条件不明确,因此提供的制冷量不能准确确定,这里先按W综合1000W的制冷量进行估算。 制冷设备需要提供的制冷量(Wcl) 根据能量守恒原理Wl=Wh,该制冷系统需要的制冷量

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