Диссертация (Закономерности тепломассообмена в закрытом двухфазном термосифоне для агрегата распылительной сушки), страница 9

В свою очередь, на рисунке 3.9 а, б представленазависимость теплопроизводительности от разности температур между греющимтеплоносителем (газами в камере смешения) и нагреваемым теплоносителем(рабочих растворов).Рисунок 3.8 – Зависимость теплопроизводительности термосифона диаметром 0,089 м оттемпературы газа при начальных температурах нагреваемого теплоносителя 40, 50 и 60 °С.а)б)Рисунок 3.9 – Зависимость теплопроизводительности термосифона от разности температургреющего и нагреваемого теплоносителей: а) для всего диапазона температур для трубдиаметром 70, 89 и 102 мм; б) для трубы диаметром 89 мм при температуре газа 600 °С.Можно заметить, что, как и следовало ожидать, с ростом температуры газовв камере смешения и снижением температуры нагреваемого теплоносителя(нагреваемых растворов) теплопроизводительность термосифона возрастает, чтообъясняется ростом разности температур – движущей силы процесса переноса74теплоты.

Однако нельзя говорить, что эта зависимость является прямопропорциональной. Из указанных рисунков также видно, что согласованиерасчетных и экспериментальных данных также находится на хорошем уровне – впределах погрешности эксперимента.На рисунках 3.10 а, б представлены зависимости давления насыщения исоответствующей ей температуре насыщения от средней температуры греющеготеплоносителя при начальной температуре нагреваемых растворов 50 °С для трубс различным соотношением длины испарителя к диаметру трубы l´ = Lи / D.а)б)Рисунок 3.10 – Зависимость температуры насыщения (а) и давления насыщения (б) оттемпературы газаС ростом температуры греющего теплоносителя, как было отмечено выше,растут давление и температура насыщения во внутренней полости термосифона иего теплопроизводительность, несмотря на то, что удельная теплота испарения сростомдавленияпадает.Этотростпроизводительностиобеспечиваетсясоответствующим увеличением скорости переноса пара внутри термосифона.

Вданном случае расхождение результатов измерений с расчетными данными такженаходятся в пределах погрешности измерений. Таким образом, можно сделатьвывод об адекватности предложенного математического описания процессовпереноса в данной модели.Из рисунков также видно, что с увеличением температуры дымовых газов исоответственно количества воспринимаемой испарителем теплоты повышаютсятемпература и давление во внутренней области термосифона. При этом давление75насыщения при температуре топочных газов – 600 оС и начальной температуренагреваемого теплоносителя 50 °С достигает 0,52 МПа.При оценке влияния угла наклона термосифона на его эффективность уголнаклона изменялся в диапазоне от 0о до 30о относительно вертикали, увеличениеугласвышеособенностей30онепредставлялосьустановки.Однако,возможнымисходяизиз-законструктивныхполученныхрезультатовисследований, можно сделать вывод, что наиболее эффективным с точки зрениятепломассопереноса является наклон в 30о.

При этом на основе анализа графиков,представленных на рисунках 3.11, можно сделать вывод, что на эффективностьтеплопередачи основное влияние оказывает наклон конденсатора в то время, какнаклон испарителя на эффективность практически не влияет.Из рисунков 3.11 а), б) и в) видно, что коэффициент заполнения наэффективность теплопереноса никакого влияния практически не оказывает.Рисунок 3.11. а)76б)в)Рисунок 3.11 – Влияние уровня заполнения и угла наклона термосифонана отношение теплопроизводительности наклонного термосифона Q ктеплопроизводительности прямого Q* для отношения длины испарителя квнутреннему диаметру l’ а) 23,5; б) 27; в) 34,3.77Что касается влияния соотношения длины испарителя к его диаметру ′ =⁄ , то можно отметить, что измерения проводились при трех значениях l´ = 34,3;27 и 23,5 (диаметр трубы 0,07 м, 0,089 м и 0,102 м соответственно), при этом, каки следовало ожидать, в указанном диапазоне наиболее эффективным оказалосьсоотношение l´ = 34,3 (рисунок 3.12).

Однако, исходя из конструктивныхособенностейустановки,соотношениеl´ = 27.Ввкачествеэтомрабочегослучаедлявариантабылообеспечениявыбранонеобходимойтеплопроизводительности для нагрева растворов фосфатов до требуемойтемпературы 98 °С требуется батарейный термосифон, состоящий из 4 труб. Здесьтакже наблюдается хорошее согласование экспериментальных данных с данными,полученными расчетным путем.Рисунок 3.12 – Зависимость теплопроизводительности термосифона от температурыгаза для соотношения длины испарителя к диаметру трубы 34,3, 27 и 23,5.Экспериментальныеисследованияпозволилитакжеуточнитькритериальные зависимости для определения среднего значения коэффициентовтеплопередачи от топочных газов к испарителю термосифона и от конденсаторатермосифона к нагреваемым растворам, необходимые для инженерного расчетааппарата.78Критериальное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи оттопочных газов к стенке испарителя термосифона:г = 0,262 ∙ г0.6 ,(3.5)где Nuг и Reг – соответственно, числа подобия Нуссельта и Рейнольдса притемпературе газа.3.3 Оценка погрешности измерений тепловых характеристик аппаратаПри проведении экспериментальных исследований большое значение имеетнадежностьполученных результатов, котораяоцениваетсяпогрешностьюполученных величин результатов измерений.При анализе измерений следует различать два понятия: истинные значенияфизических величин и результаты их измерений, т.е.

их эмпирическиепроявления, расхождение между которыми представляет погрешность измерений.Результаты измерений представляют собой приближенные оценки значенийвеличин, найденные путем измерения, они зависят от многих факторов, в томчисле от: метода измерения, от технических средств, с помощью которыхпроводятся измерения, от свойств органов чувств наблюдателя, осуществляющегоизмерения.В общем случае методы измерения физических величин подразделяются напрямые и косвенные.В прямых измерениях физическая величина измеряется непосредственно,при косвенных измерениях искомая величина не измеряется, а вычисляется порезультатам прямых измерений других величин.

При этом погрешностиизмерений делятся на два типа: случайные и систематические:случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяютсяслучайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;систематическиепогрешности,остаютсязакономерно изменяются при повторных измерениях.постояннымиилислучайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;систематическиепогрешности,79остаютсяпостояннымиилизакономерноизменяютсяприобаповторныхизмерениях.В процессеизмерениявида погрешностейпроявляются одновременно, иВ процессеизмеренияоба представитьвида погрешностейодновременно, ипогрешностьизмеренияможнов виде ихпроявляютсясуммы.погрешностьпредставитьв виде их суммы.Нижеизмеренияприведена можноклассификацияпогрешностейпри прямых измерениях[100].Ниже приведена классификация погрешностей при прямых измерениях [92].Погрешности в прямых измеренияхсистематическиеслучайныеприборныеклассточностиприборапромахипогрешности разбросаценаделенийразбросэкспериментальныхзначений примногократныхизмеренияхгрубые ошибкиРисунок 3.13 – Классификация погрешностей прямых измерений.Рисунок 3.15 Классификация погрешностей прямых измерений.Как видно из схемы рис.

3.13, случайные погрешности подразделяются наКак видноиз рисунка,случайныепогрешностиприборные,погрешностиразброса,грубые ошибкии промахи.подразделяютсяПри этом грубые наприборные,разброса,грубыеошибки иизмеренийпромахи. исключаются.При этом грубыеошибки и погрешностипромахи из расчётови анализарезультатовВсвою очередьприборныепогрешностиопределяютсяточностиприбора Вошибкии промахииз расчётови анализарезультатовклассомизмеренийисключаются.илиочередьценой деленияего измерительнойПри оценкевеличиныслучайнойсвоюприборныепогрешности шкалы.определяютсяклассомточностиприбораизмеренияв качестве искомойпринимаетсяее максимальноеилипогрешностиценой деленияего измерительнойшкалы. Приоценке величиныслучайнойзначение из величин погрешности, определяемых классом точности приборапогрешности измерения в качестве искомой принимается ее максимальное(∆), ценой деления его измерительной шкалы (∆)и значениемк.т.значениеиз величин погрешности, определяемых классомц.д.точности приборапогрешности разброса (∆) .р(∆! )к.т.

, ценой деления егоизмерительной шкалы (∆! )ц.д. и значениемСлучайныепогрешностипогрешности разброса !(∆! )р .разбросавозникаютвследствиеразличияэкспериментальных значений при многократном повторении измерений одной итой же величины. Эти ошибки рассчитываются вероятностными методами,которые хорошо разработаны и используются повсеместно.80Для их определения принято использовать метод расчета погрешностейСтьюдента [101].Онпозволяетнайтисреднеквадратичное отклонение длясреднегоарифметического из нескольких измерений по формуле2̅ = √∑ [∙(−1)](3.6)=1гдеi-отклонение единичного измерения от среднего арифметическогозначения, а n – число таких измерений.

Доверительный интервал (погрешность)разброса (∆)р( ) = ̅ ∙ ,(3.7)где tp,n – коэффициент Стьюдента, зависящий от величины доверительнойвероятности и числа измерений (например, для доверительной вероятностир = 95% и числа измерений n = 6 tp,n = 2,57).Втеорииошибокпоказывается,чторезультирующаяслучайнаяпогрешность оценивается по уравнению 3, если все эти погрешности рассчитаныдля одной и той же доверительной вероятности. На практике, т.к.

зачастуюсуммарная погрешность округляется до одной значащей цифры, достаточновыбрать максимальную из трех вычисленных погрешностей, и если она в 3 илиболее раз превосходит остальные, принять ее за погрешность измереннойвеличины [100]. = √()2к.т. + ()2ц.д. + ()2рСистематическиепогрешностиявляются(3.8)определеннойфункциейнекоторых неслучайных факторов, зависящих от метода измерений, особенностейсредствизмерений,условийихприменения,атакжеиндивидуальныхособенностей наблюдателя.Систематические погрешности необходимо по возможности выявлять иучитывать, т.е.

корректировать полученные результаты. Однако обнаружение81систематическихпогрешностейтребует,какправило,дополнительныханалитических или экспериментальных исследований. При этом необходимоуказывать возможный источник ошибок.В наших экспериментальных исследованиях при измерении тепловогопотока от испарителя к конденсатору существуют погрешности из-за перетокатеплоты от топочных газов к нагреваемым растворам через разделительнуюстенку и потерь теплоты от нагреваемых растворов в окружающую среду. Чтобыих учесть, производится оценка перетока теплоты и тепловых потерь посоответствующим уравнениям.

Свой вклад вносят и ошибки измеренияучаствующих в расчетах геометрических размеров отдельных узлов установки.При этом существует несколько методических погрешностей. Прежде всего,невозможнострогообеспечитьусловиядляоднозначногоопределениякоэффициента теплопередачи от нагреваемых растворов к окружающему воздухуи от топочных газов к нагреваемым растворам, т.к. теплоперенос в условияхгазовых и жидкой сред происходит в условиях смешанной конвекции, а величинакоэффициента теплопередачи зависит от режима теплоотдачи и не остаетсяпостоянной по поверхности теплопереноса.Анализсистематическихпогрешностей,устранениеихисточников,введение соответствующих поправок позволяют повысить надежность идостоверность экспериментальных данных по определению теплофизическиххарактеристик термосифона и оценить результирующую погрешность.В данной работе определялся возможный диапазон изменения значенийпоправок к измеряемым величинам тепловых потоков и оценивались величинывозможных систематических погрешностей.Поскольку существует несколько источников систематических ошибок икаждый из них можно считать независимым, то их итоговый вклад будетхарактеризоваться функцией распределения случайных величин.