Методика проведения измерений

Экспериментальное исследование работы аквадистиллятора заключается в следующем:

1) Определениеэлектрической мощности установки, затрачиваемой на проведение процесса дистилляции, расходов и температур теплоносителей.

2) Определение экспериментальных и расчетных потерь тепла в окружающую среду и энергетических КПД.

3) Определение потерь тепла в окружающую среду и расхода дистиллята в зависимости от расхода охлаждающей воды.

1.6Порядок проведения измерений

1.6.1 Осуществляется запуск на ПК программы «Distillator»и в открывшемся окне с принципиальной схемой аквадистиллятора, включается кнопка «Включение дистиллятора», после чего установка начинает работать в автоматическом режиме.

1.6.2На экране появляется принципиальная схема аквадистиллятора с параметрами рабочих параметров (температуры, расхода, давления) в контролируемых точках.

1.6.3На экране также появляется таблица текущих значений по показаниям датчиков температуры, давления и расхода через определенные интервалы времени.

1.6.4 В всплывающем окне «Графическое отображение»будут показаны графики изменения (рисунок 1.2):

- температуры на входе сырой воды, Т_н,⁰С;

- температуры воды в зоне кипения;

- температуры в зоне конденсации;

- температура стенки кожуха аппарата;

- температуры воды на выходе из конденсатора;

- давления сырой воды, подаваемой в аквадистиллятор;

- общего расхода сырой воды;

- расхода воды на испарение;

- расхода воды на конденсацию;

- расхода сливаемой воды из конденсатора;

- температура воздуха окружающей среды.

Результаты измерений:

t воды

t дистилята

T в зоне кипения

Т выхода из конденсата

Т в зоне кондесата

Давление воды

105

20,2

17,3

14,4

20,5

15,7

2,3

125

20,2

17,3

15,3

20,5

15,7

2,5

145

20,2

17,3

17,05

20,3

15,7

2,6

185

20,2

17,3

20,2

15,9

2,5

205

20,2

17,3

17,8

20,1

15,9

225

20,2

17,3

17,9

20,1

15,9

2,1

245

20,2

17,3

17,9

285

20,2

17,4

18,1

19,9

16,1

1,7

305

20,2

17,4

18,2

19,8

16,1

1,8

325

20,2

17,4

18,3

19,8

16,2

2,3

345

20,2

17,4

18,4

19,6

16,2

2,3

385

20,2

17,4

19,05

16,3

2,2

405

20,2

17,4

24,5

19,3

16,3

2,5

425

20,2

17,4

28,5

19,2

16,4

2,5

465

20,2

17,4

38,2

16,4

2,5

485

20,2

17,4

42,1

18,9

16,5

2,5

505

20,2

17,5

18,7

16,5

2,8

525

20,2

17,5

51,4

18,5

16,05

2,8

566

20,2

17,5

58,2

18,3

16,6

2,5

585

20,2

17,5

62,6

18,1

16,6

2,6

626

20,2

17,6

17,8

16,7

2,2

645

20,2

17,6

72,9

17,7

16,8

2,2

665

20,2

17,7

77,1

17,5

16,8

685

20,2

17,8

79,6

17,4

16,9

2,1

709

20,2

17,8

84,2

17,2

2,1

725

20,2

17,9

17,3

2,4

750

20,2

18,1

91,2

16,8

17,8

1,7

765

20,2

18,2

93,1

16,7

18,2

2,1

805

20,2

43,7

95,7

16,4

75,9

1,8

845

20,2

60,5

94,9

85,5

886

20,2

62,8

95,01

15,6

84,2

2,2

945

20,2

67,9

95,3

14,8

87,4

2,1

970

20,2

68,2

94,4

14,4

77,6

1,9

График изменений параметров в течении времени:

Расчеты:

Запишем статьи прихода и расхода тепла в дистилляционной установке.

Приход тепла в единицу времени:

а) от электронагревателя (ТЭНа)

Q_т= I · U =3·12.3·220=8118 Вт; (2.3)

б) с поступающей сырой водой в испаритель

Q_Н=G_н·с_н·Т_н=1408.8 Вт, (2.4)

в) с поступающей сырой водой в конденсатор

Q_кн.вх.=G_кн·с_н· Т_н=7287.1 Вт (2.5)

где с_н- удельная теплоемкость воды при заданной температуре, Дж/(кг·град);

Т_н=10.46 °С - начальная температура сырой воды, °С;

I=12.3 А- сила тока в сети электропитания, А;

U =220 В - напряжение, В;

G_кн– расход воды, поступающей в конденсатор, кг/с.

Расход тепла:

а) с дистиллированной водой Q_D = G_D·n_D·Т_D=965.9 Вт;

б) с водой, сливаемой в канализацию Q_сл = G_сл·с_сл·Т_сл =850.2 Вт;

в) с водой, выходящей из конденсатора Q_кн.вх.=G_кн·с_н·Т_кн.вых.=14253.8 Вт;

г) с избытком пара, который выходит через впаянную трубку,

Q_пар = G_пар·i=4.683·10^-6·2679=12.5, Вт;

д) потери тепла в окружающую среду от стенок аппарата Q_п,Вт,

где Т_D, Т_сл - температура дистиллята и воды на сливе соответственно,°С;

Т_кн.вых. – температура воды, выходящей из конденсатора, °C;

і = 2679 - кДж/кг - теплосодержание пара при Т = 100 °С.

Уравнение теплового баланса будет иметь вид:

Q_т +G_н·с_н·Т_н+G_кн·с_н· Т_н= G_D·с_D·Т_D+G_сл·с_сл·Т_сл+

+ G_кн·с_н·Т_кн.вых + G_ПАР·I + Q^э_п(2.6)

Уравнение (2.5) позволяет определить экспериментальную величину потерь тепла в окружающую среду Q^э_п.

Q^э_п= Q_т +G_н·с_н·Т_н+G_кн·с_н· Т_н – (G_D·с_D·Т_D+G_сл·с_сл·Т_сл+

+ G_кн·с_н·Т_кн.вых + G_ПАР·I)=731.5 Вт

Расчетное значение теплопотерьаквадистиллятора определяют по уравнению теплоотдачи:

Q^э_п=α_ст·F·(T_CT–T_В-Х)=(9,3+0,058*90)*0,612*(90-23)=595 Вт_, (2.7)

где α_ст= α_л+ α_к суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией, Вт/(м²· град);

F - площадь поверхности теплоотдачи, м²;

Т_ст - температура поверхности стенки аппарата, °С;

Т_в-х- температура окружающего воздуха, °С.

В инженерных расчетах α_ст определяют по эмпирической зависимости:

α_ст = 9,3 + 0,058 * Т_ст (2.8)

Дистилляционную установку эксплуатируют при определенных расходах охлаждающей воды.

Для оценки эффективности использования энергии при работе аквадистиллятора можно использовать КПД установки, представляющей собой отношение полезно затраченной энергии к величине энергии, подведенной к установке. При определении экспериментального η_э и расчетного η_рКПД необходимо учитывать потери тепла с паром из патрубка 10 и от поверхности аппарата:

эксперимент

η = (Q_т- Q_пар - Q_п)/Q_т=(8118-12.5-731.5)/8118=0.908. (2.9)

теоретический

η = (Q_т- Q_пар - Q_п)/Q_т=(8118-12.5-595)/8118=0.925. (2.10)

где Q_п - экспериментальные Q^э_п или расчетные Q^р_ппотери тепла в окружающую среду соответственно, Вт.

Таблица 2.3 – Результаты обработки экспериментальных данных, полученных на блоке стенда с аквадистиллятором.

промежуток времени

1800.00

расход воды на вход в испаритель

0.0322

л/с

расход воды на перелив