Диссертация (1090499), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Этот подход,предусматривающий рандомизацию систематической погрешности, был развит вработах [102] и [101], где показано, что такая рандомизированная погрешностьподчиняется распределению со среднеквадратичным отклонением82 ≅ 0,58√∑ 2(3.9)=1в котором m – это число источников систематических ошибок βj.равенДоверительный интервал суммарной систематической погрешности (∆)с(3.10)∆ = √∑ 2=1Коэффициент k в этой формуле составляет 1,1 для доверительнойвероятности равной 95%.Среднеквадратичноеотклонениесучетомрандомизированнойсистематической и случайной погрешностей можно описать выражением =√2 + ̅ 2 и доверительным интервалом Δx = SΣ ∙ tΣ, где tΣ – некоторыймодифицированный коэффициент Стьюдента равный = + ̅ ∙ , + ̅(3.11)Тепловые характеристики аппарата (тепловые потоки, коэффициентытеплоотдачи и теплопередачи) определялись с помощью косвенных измерений споследующим расчетом по соответствующим уравнениям, которые связываюттепловые характеристики с результатами непосредственных (прямых) измеренийвеличин влияющих факторов в экспериментальных исследованиях.
Погрешностиопределения этих величин, а также систематические (методические) ошибки,присутствующие в каждом методе измерений вносят вклад в итоговуюпогрешность опытных данных.При этом погрешность косвенных измерений, в общем случае, определяетсяиз выражения2 = √∑ ( ) =1(3.12)83Выражения, связывающие результаты прямых измерений с искомой,определяемым в эксперименте физическим параметром обычно содержатпроизведения или частные от деления результатов прямых измерений, а также ихсуммы или разницы.В этом случае уравнением (3.12) удобнее пользоваться для определенияабсолютной погрешности суммы или разности величин, полученных в результатепрямых измерений.При вычислении погрешности произведения или частного от делениянесколькихнепосредственноизмеряемыхвеличинудобнеепользоватьсявыражением для относительной погрешности измерений, которое значительноупрощает вычисления.2 l = √∑ ( )(3.13)=1Количество теплоты QТ , передаваемой от испарителя к конденсатору втермосифоне в эксперименте определяется из выражения:т = р + ос − г−р(3.14)р = (к − н )(3.15)ос = осб + оск = осб б (р − ос ) + оск к (р − ос )(3.16)г−р = г−р гр (г − рн )(3.17)(р ) =р= √ 2 () + 2 () + 2 ( ) + 2 (к − н )р() = = 0,1 %( ) = 0,5 %(3.18)(3.19) = √(2)2 + (ℎ)2(3.20)∆(к − н )к − н(3.21)(к − н ) =∆(к − н ) = √(∆к )2 + (∆н )2(3.22)∆ = р ∙ (р )(3.23)842т = √(р ) + (ос )2 + (г−р )2(3.24)где Qр – количество теплоты, воспринимаемое раствором непосредственно оттермосифона, Вт; Qос – потери в окружающую среду, Вт; Qг-р – количествотеплоты, передаваемое непосредственно от газа к нагреваемому раствору, Вт; Qосб– потери теплоты через боковую поверхность бака, Вт; Qоск – потери тепла черезкрышку бака, Вт; V – объёмный расход, м3/ч; tн – начальная температуранагреваемого раствора, °С; tк – конечная температура нагреваемого раствора, °С;ρ – плотность нагреваемого раствора, кг/м 3; Сp – теплоёмкость нагреваемогораствора, кДж/(кг ∙ K); Fб – площадь боковой поверхности бака, м 2; Fк – площадьповерхности крышки бака, м2; р – средняя температура нагреваемогораствора, °С; tос – температура окружающей среды, °С; tн – начальная температуранагреваемого раствора, °С; d – диаметр мерной ёмкости, м; h – высота мернойёмкости, м.Используяописаннуювышеметодику,былипроведенырасчетырезультирующих погрешностей экспериментального определения тепловыхпотоков и эффективного коэффициента теплопередачи термосифона.- погрешность измерения теплового потока в термосифоне от испарителя кконденсатору – 4%;- погрешность измерения коэффициента теплопередачи от топочных газов кнагреваемым растворам в термосифоне – 5%.85ГЛАВА 4.
КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ И ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОДРАСЧЕТАИсходя из анализа результатов теоретических и экспериментальныхисследований, а также учитывая геометрические особенности технологическойустановкиинеобходимостьминимизациигеометрическихразмеровтеплообменного аппарата было принято решение для увеличения теплопередачиот греющего теплоносителя к нагреваемому раствору дополнительно исследоватьвариант аппарата, где испарительный и конденсаторный участки термосифонавыполненысоребрённойповерхностьюдляобеспечениявозможностииспользования одиночного термосифона.Исходя из изложенного была разработана и запатентована конструкциятермосифона с оребрёнными наружными стенками испарителя и конденсатора,предназначенного для применения в технологической установке с цельюиспользования теплоты топочных газов для нагрева рабочих растворов, служащихсырьем для получения пищевых фосфатов [5, 6, совместно с Зиновьевым В.
В.,Розановым И. Ю., Сажным Б. С., Кесояном Г. А., Тюриным М. П.]. [5, 6].4.1 Конструкция опытно-промышленного образцаНа рисунке 4.1 представлен общий вид установки. Данная установкапредставляет собой теплообменный аппарат для переноса теплоты от греющеготеплоносителятеплоносителютопочных–газовфосфатнымвкамерерастворамсмешенияпосредствомкнагреваемомупромежуточноготеплоносителя - дистиллированной воды, заключенного в герметично закрытомтеплообменнике – термосифоне. Он содержит нижнюю часть 1 – зону нагрева ииспарения и верхнюю часть 2 – зону охлаждения и конденсации.86В нижней части 1 теплообменного аппарата размещен испарительтермосифона,представляющийсобойпродольнооребрённуютрубунаходящуюся в смесительной камере смешения топки 16.Рисунок 4.1 – Схема опытной установки.1 – зона нагрева и испарения, 2 – зона охлаждения и конденсации, 3 –испаритель, 4 –расширитель, 5 - наклонные трубы (конденсатор), 6 – корпус, 7 – патрубок для вводараствора, 8 – патрубок для вывода раствора в дальнейший процесс, 9 – патрубок дляопорожнения емкости, 10 – расширитель, 11 – патрубок для вывода раствора вциркуляционный контур, 12 – предохранительный клапан, 13 – манометр, 14, 15 – кран илиния для залива теплоносителя, 16 – смесительная камера топки.3,87Конденсатор термосифона находится в верхней части аппарата 2 внагревательном баке с фосфатными растворами 6 и представляет собой четыретрубы 5, наклонных под углом 70° к горизонтали и соединенных с испарителем 3посредством переходной трубы 4.
Такой наклон труб объясняется тем, что, какбыло выявлено в процессе исследований, он обеспечивает максимальный переностеплоты от испарителя к конденсатору.Нагревательный бак состоит из корпуса 6 с теплоизолированнымипенофолом стенками (на рисунке теплоизоляция не показана) и патрубками 7 и 8соответственно для ввода и вывода обогреваемого раствора. Патрубок 9 в нижнейчасти корпуса 6 нагревательного бака, предназначен для опорожнения емкостикорпуса 6. Кроме того нагревательный бак содержит расширитель 10 с патрубком11 для вывода раствора в циркуляционный контур (на рисунке не показан).Теплообменный аппарат оснащен манометром 13, предохранительнымклапаном 12 и краном 14 для залива теплоносителя и имеет линию 15компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающемаппарате, снабженную вентилем.Установка работает следующим образом.Закрытый двухфазный термосифон заполняется водой в количестве около11 литров.
Под действием высоких температур (около 600°С) в смесительнойкамере топки 16 вода (промежуточный теплоноситель) в испарителе термосифонанагревается и испаряется. При этом за счёт высоких значений теплотыпарообразования она воспринимает большое количество теплоты от топочныхгазов и переносит его с паром к конденсатору, расположенному в верхней части 2теплообменного аппарата, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплотуобогреваемому раствору. Затем сконденсированный водяной пар в виде плёнкижидкости опять возвращается в зону нагрева и испарения.
Благодаря тому, чтотрубы 5 термосифона расположены под углом в 30 о и в зоне конденсацииотсутствуют горизонтальные участки, не создается застойных зон конденсата втермосифоне. Рабочий раствор в количестве 1 м3/ч непрерывно поступает вкорпус 6 через патрубок 7 нагревается и далее либо направляется в88технологическую линию через патрубок 8, либо возвращается в обратную линиюциркуляционного контура через расширитель 10 и патрубок 11 (Рециркуляциярабочего раствора предусмотрена в технологической установке для обеспечениявозможности регулирования конечной температуры нагрева). Конструкцияверхней части теплообменного аппарата и термосифона позволяет равномернообогревать рабочий раствор, не прибегая к принудительному перемешиванию,при этом за счет компактной конструкции термосифона поток газа в нижнейчасти аппарата перекрывается лишь на 3%, не создавая тем самым ощутимогогидравлического сопротивления для движения топочного газа в сушильнуюустановку.4.2 Исследования характеристик опытно-промышленного образцатермосифонаСцельюхарактеристикопределенияоребрённыхнаиболееповерхностейцелесообразныхтермосифонагеометрическихбылопроведенокомпьютерное моделирование процесса теплопередачи через оребрённые стенкитруб испарителя и конденсатора.
При этом определялось распределениетемператур по наружным поверхностям термосифона и зависимость тепловогопотока от высоты ребра.На рисунке 4.2 приведены участки расчетных сеток для оребрённой трубыиспарителя. Для расчета использовалась сетка, состоящая из тетраэдрическихэлементов. При этом максимальный размер элемента сетки составлял 0,0221 м,минимальный – 9,45 × 10-4 м.Значениекоэффициентатеплоотдачиот газа кребру испарителятермосифона принималось постоянным как по высоте, так и по длине ребра иустанавливалось исходя из значения среднего коэффициента теплоотдачи,полученного при расчете обтекания гладкой трубы горячим газом.
Значениякоэффициентов теплоотдачи от стенки термосифона к рабочей жидкости, отконденсирующегося пара к стенке термосифона и от ребра конденсатора к89нагреваемому раствору так же вводились в расчет в виде зависимостей 2.24, 2.27и 2.28 соответственно.Рисунок 4.2 – Участки расчетной сетки для оребренной трубы испарителя термосифона.Нарисунках4.3а,бпредставленысоответственнозависимостьтемпературы поверхности ребра от его высоты и распределение температур пооребренной поверхности испарителя при температуре насыщения внутри трубыравной 153 °С, высоте ребра - 50 мм и количестве ребер равном 20 шт.В свою очередь на рисунках 4.4 и 4.5 приведены соответственно графикзависимости плотности теплового потока от высоты ребра испарителя притемпературе насыщения внутри трубы 153 °С, температуре газа 600 °С иколичестве ребер равном 20 шт. и зависимость теплового потока от температурынасыщения внутри трубы при высотах ребра 45, 50, 55 и 60 ммРасчет велся для оребренной трубы испарителя диаметром – 0,089 м идлиной ребра – 2,2 м при температуре газа – 600 °С.90а)б)Рисунок 4.3 – Распределение температуры, °С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
