Диссертация (Вакуумный дистилляционный агрегат с теплонасосным энергоподводом), страница 10

Эксперимент повторяется при возвратеустановки к первоначальному тепловому состоянию. Для уменьшения величиныслучайных погрешностей выполнено десять независимых экспериментов.3.3 Определение погрешности результатов экспериментаОценкапогрешностейизмеренийпроводиласьвсоответствиисобщепринятой методикой [24].Класс точности прибора ТРМ138, регистрирующего температуру, равняетсякл.т.0,25. Тарирование прибора осуществлялось по точкам фазовых переходовводы (100°С).

Абсолютная приборная погрешность при измерениитемпературы:∆пркл.т.100%0,25°С∙Предел измерения температуры воды составляет 50 °С. Для измерениятемператур применялись датчики с абсолютной погрешностью по паспорту:∆дат0,30,0050,55°САбсолютная погрешность измерения температуры:∆∆пр∆дат0,8°СОтносительная погрешность измерения температуры при наименьшемзначении параметра (25°С):79∆Потребляемаяактивная3,2%∙ 100%мощностьвакуумныхнасосовизмеряласьмультиметром c классом точности 1.

Предел измерения активной мощности 2000Вт. Абсолютная приборная погрешность при измерении мощности:∆Наибольшаяпркл.т.100%относительная20 ∙погрешность(минимальная потребляемая мощность ДВН W∆∙ 100%измерениямощности800Вт):2,5%Массовый расход ДВН измерялся уровнемером с шкалой деления 0,2 л.Абсолютная приборная погрешность при измерении объема:0, 2л∆Наибольшая относительная погрешность измерения объема дистиллята(минимальный измеряемый объем V=4 л.):∆∙ 100%5%Для измерения времени использовался секундомер, приборная погрешностькоторого составляет 0,1 сек., принимая во внимание продолжительностьпроведения опыта, ей можно пренебречь.Общая относительная погрешность эксперимента:10,7%80Погрешность при экспериментальном определении целевого параметра(удельной потребляемой энергии установки) находится в соответствии с методикойопределения погрешности при косвенных измерениях.

Удельная потребляемаяэнергия установки:кВт ∙ чм,Относительная погрешность определяется как:∆Абсолютная погрешность при∆∙∆7,5%50 кВт ∙ ч⁄м составит:3,75кВт ∙ чм3.4 Энергопотребление экспериментального стенда ВТДУдельноеэнергопотреблениеэкспериментальногостенда(cучетомпотребления электроэнергии вспомогательным вакуумным насосом и КИПиАстенда, которые в сумме определены как 8% от потребляемой энергией ДВН)показано на рисунке 38 (использовалась полиномиальная интерполяция 2-йстепени, R0,963). Наилучшее значение параметра в рассмотренном диапазонетемператур составило 85,5 кВт ∙ ч⁄м при выработке дистиллята11л/ч иобщей потребляемой электрической мощности установки 0,94кВт ∙ ч.Опытные данные удельной производительности ВТД сопоставимы спаспортными характеристиками выпускаемых в настоящее время аналогичныхвыпарных устройств для опреснения и очистки воды.

Предполагается, чтооптимизация конструкции ВТД (уменьшение потерь давления в вакуумных81коммуникациях, улучшение условий теплообмена, замена ДВН на безмасляныйвинтовой насос-компрессор) позволит снизить потребляемую мощность на 15-30%.Удельное энергопотребление экспериментального ВТДточки – экспериментальные данные,линия – полиномиальная аппроксимация экспериментальных данных3.5 Характеристики ДВН типа РУТС при работе в составе ВТДДиапазон давлений на входе и выходе из ДВН, зафиксированный во времяпроведения экспериментов, приведен в таблице 3.

Давление на входе в вакуумныйнасос-компрессор определялось температурой кипения воды в гермокамере ВТД,давление конденсации в свою очередь зависело от условий теплообмена итемпературы кипения воды.82Диапазон рабочих давлений в ходе экспериментаПараметрТемпература, °СДавление, ПаВсасывание25 … 303150 … 4750Нагнетание32 … 404750 … 7400На рисунке 39 (использовалась линейная аппроксимация, R0,989) ирисунке 40 (использовалась полиномиальная аппроксимация 2-й степени, R0,995) приведены экспериментальныезависимости массового расхода ипотребляемой мощности вакуумного насос-компрессора модели НВД-600 оттемпературы кипения воды в гермокамере.Опытные значения существенно отличается в большую сторону посравнению с паспортными, принятыми в параграфе 2.4, что объясняется отличнымот паспортного режимом работы, т.к.

в ВТД функцию форвакуумного насоса дляДВН выполняет КИ.Потребляемая мощность вспомогательного вакуумного насоса Busch RA0025 F 5A3 в ходе проведения эксперимента в среднем составляла 0,7кВт.Экспериментальные значения массового расхода через НВД-600:точки – экспериментальные данные,линия – аппроксимация экспериментальных данных83Измеренная потребляемая мощность НВД-600:точки – экспериментальные данные,линия – аппроксимация экспериментальных данных3.6 Теплоотдача при прогреве массы воды в свободном объеме навертикальных трубах в условиях вакуумирования парового пространстваПри визуальном наблюдении за процессом выпаривания воды черезсмотровые стекла в гермокамере развитое пузырьковое кипение отмечалось тольков верхней части КИ, равной по высоте порядка 50 мм (6,5% от общей длины высотыаппарата).

На остальной теплообменной поверхности зарождались лишь редкиеодиночные пузыри пара. Это обстоятельство позволяет отнести условиятеплообмена к переходному режиму кипения и сделать вывод, что основныммеханизмом переноса теплоты в рассматриваемых условиях является развитаяконвекция жидкости.84Интенсивное кипение в верхней части КИ обусловлено меньшимгидростатическим давлением и высокой температурой перегретых паровдистиллята на входе в аппарат.

Значение температуры перегретого водяного парана входе в КИ во время проведения опытов достигало 120. Столь высокиетемпературные перепады крайне нежелательны с точки зрения увеличенияскорости образования накипи на теплообменной поверхности, поэтому следуетпредусматривать меры по уменьшению величины перегрева паров до входа взатопленную часть КИ. Тепло перегрева паров дистиллята может быть полезноиспользовано для подогрева входящей исходной воды, для нагрева и поддержаниядостаточно высокой температуры каплеотбойника с целью повышения качествадистиллята, для нагрева теплоносителя и использования его для бытовых целей,или в крайнем случае отведено в окружающую среду.При решении уравнения (2.23) для определения зависимости изменениятемпературы конденсации от температуры кипения воды в гермокамере сиспользованием формулы (2.8) для режима развитой конвекция расхождениерасчетных и опытных данных находится в пределах 12%.В тоже время было отмечено, что корректировка коэффициента A в большуюсторону до величины 0,2 позволяет согласовать расчетные и опытные данныес отклонением не более 4% (рисунок 41).В итоге зависимость для определения коэффициента теплоотдачи припрогреве массы воды в свободном объеме на вертикальных трубах при давлении науровне 30 Торр принимает следующий вид:кип0,2 ∙∙∙(3.1)Расчетные значения, определенные по формуле (2.7) для пузырьковогорежимакипения,практическиидентичнызначениям,полученнымприиспользовании вышеприведенной формулы.

Таким образом, формула (2.7) может85быть использована для оценки коэффициента теплоотдачи со стороны воды дляпереходного режима кипения в рассматриваемом диапазона температур.Сопоставление расчетных и опытных данных зависимоститемпературы конденсации от температуры кипения:точки – экспериментальные данные,1 – данные расчета с использованием формулы (2.8),2 – данные расчета с использованием формулы (3.1),3 – данные расчета с использованием формулы (2.7)3.7 Выход ВТД на установившийся режим работыНа рисунке 42 представлены результаты измерения температуры кипенияводы в гермокамере по времени с момента запуска установки, проводимого приначальной температуре воды в гермокамере равной 24,2 , температуре исходной86(подпиточной)водыравной18 .Опытныеданныеимеютвысокуюсогласованность с расчетной зависимостью (расхождение не более 5%), чтопозволяет говорить об адекватности математической модели.Теплота перегрева паров дистиллятапер ,в соответствии с изложенными вовторой главе рассуждениями, принималась исходя из экспериментальных значенийпотребляемой мощности ДВН за вычетом механических, электрических потерь ирассчитывалась какпер0,8 ∙ДВН .Расхождение экспериментальных и расчетных данных имеет место, в томчисле из-за дискретной подачи опресняемой воды в ходе эксперимента (вматематической модели принимается, что подача воды непрерывна).Изменение температуры кипения воды с момента запуска ВТД:точки – экспериментальные данные, линия – расчетные данныеСиспользованиемэкспериментальноустановленнойхарактеристикипроизводительности и потребляемой мощности вакуумным насос-компрессороммодели ДВН-600 в диапазоне температур кипения воды в гермокамере 25 … 3087построен график изменения температуры кипения воды в гермокамере (рисунок 43)и удельной потребляемой энергии экспериментального стенда ВТД (рисунок 44) вовремя выхода установки на установившийся режим работы при степени извлечениядистиллята0,2.Полученныеданныепозволяютсделатьвыводосправедливости описанных во второй главе закономерностях выхода ВТД наустановившейся режим работы.Для вышеприведенных условий продолжительность времени выхода ВТД наустановившийся режим работы составляет 7,5 ч.

Несмотря на относительнодлительное время выхода стенда на режим при принятых условиях (в первую из-забольшого объема воды в имеющейся гермокамере) удельные затраты энергии наопреснение за этот промежуток времени при использовании предпускового ТЭНадля предварительного нагрева исходной воды с 24,2до 28,4(93,3 кВт ∙ ч⁄м )и без его использования (87,3 кВт ∙ ч⁄м ) сопоставимы, что позволяет отказатьсяот использования ТЭНов в опреснительной системе и рекомендовать ВТД дляусловий, при которых имеют место кратковременные режимы работы.Изменение температуры кипения воды в гермокамерев процессе выхода ВТД на установившийся режим работыпо результатам численного эксперимента при0,288Удельная потребляемая энергия ВТДв процессе выхода на установившийся режим работыпо результатам численного эксперимента при0,2893.8 Выводы по главе 31.

СпроектированиизготовленэкспериментальныйстендВТДпроизводительностью 10 л/ч.2. Экспериментально доказана возможность использования двухроторноговакуумного насос-компрессора ДВН типа РУТС в качестве основного средствасжатия и перемещения паров дистиллята в составе ВТД.