Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ № 3,4,5
для студентов специальности 140104
всех форм обучения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2010
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составители: Прелатов Владимир Германович, Семенов Борис Александрович, Серов Дмитрий Юрьевич, Тверской Алексей Константинович
Под редакцией Б.А. Семенова
Рецензент В.Ф. Симонов
410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77
Научно-техническая библиотека СГТУ
Тел. 52-63-81, 52-56-01
http://lib.sstu.ru
Регистрационный номер
© Саратовский государственный
технический университет, 2010
Лабораторная работа № 3
ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Введение
Подготовка инженеров по специальности 100400 “Электроснабжение” (по отраслям) предусматривает изучение дисциплины “Энергоснабжение”. Важным разделом указанного курса является “Системы водоснабжения промышленных предприятий” в объеме 18 часов.
Задача изучения данной темы состоит в ознакомлении с современными системами водоснабжения промышленных предприятий и методами их работы.
В условиях кафедры промтеплотехника имеется возможность проведения лабораторной работы “Изучение схемы и оборудования системы водоснабжения промышленного предприятия” в условиях реального производства ООО «Саратоворгсинтез» Для обеспечения целенаправленности работы студентов предусмотрены настоящие методические указания.
1. Основные понятия
1.1 Описание схемы и оборудования системы водоснабжения промышленного предприятия
В состав системы водоснабжения промышленного предприятия входят: водозабор, насосная станция первого подъема, очистные сооружения, резервуары, насосная станция второго подъема.
Рис. 3.1. Принципиальная схема водоснабжения: 1 – оголовки; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – очистные сооружения; 4 – резервуары чистой воды; 5 – насосная станция второго подъема; 6 – оборотный резервуар.
1.1.1 Водозабор
Водозаборный узел состоит из трех железобетонных оголовков руслового типа из стальных самотечных линий Д=1200 мм. Оголовки вынесены на 650 м к середине реки от водоприемной камеры, совмещенной с насосной станцией первого подъема. Водоприемная камера состоит из пяти секций.
Для предварительной очистки воды от крупных механических взвесей в каждой секции водоприемного колодца установлены стационарные сетки.
Очистка воды производится по двухступенчатой схеме, вода подвергается коагулированию, отстаиванию, фильтрованию, обеззараживанию (рис. 3. 2).
Исходная вода насосной станции первого подъема подается в смеситель вихревого типа. Перед смесителем в трубопровод исходной воды вводятся реагенты (хлорная вода и коагулянт). В смесителе за счет изменения скорости движения воды при выходе из отверстия распределяемых труб исходная вода смешивается с реагентами и с помощью водозаборной системы отводится в карман смесителя. Из кармана смесителя по двум трубопроводам Д=600 мм вода поступает в распределительный коллектор Д=1000 мм и далее по пяти распределительным трубопроводам Д=600 мм поступает в камеры реакции, встроенные в отстойники, после чего собирается дырчатыми желобами и отводится на осветление в отстойники. Из отстойников осветленная вода поступает в общий карман и далее на вторую ступень очистки (скорые фильтры), пройдя через слой фильтрующего материала. Через дренажную систему очищенная вода поступает в общий коллектор фильтрованной воды Д=12000 мм, далее в резервуары чистой воды 3 x 6000 м3, откуда насосами второго подъема по двум трубопроводам Д=1000 мм подается в сеть ООО “Саратоворгсинтез”.
Для обработки воды реагентами на очистных сооружениях водопровода имеется реагентное хозяйство, в состав которого входят: цех по приготовлению коагулянта и хлораторная.
Для мокрого хранения коагулянта имеется шесть затворных баков, которые являются также баками хранилищами. Затворные баки оборудованы деревянными решетками, уложенными на 0,5 м от дна. Под решетками размещены перфорированные трубы Д=50 мм, по которым подается воздух для интенсификации растворения коагулянта.
Приготовление раствора коагулянта и его дозировка в исходную воду производится в следующей последовательности: сухой коагулянт с автомашины сгружается в затворные баки; заливается водой. Для интенсификации растворения в баки подается сжатый воздух от воздуходувок.
Приготовленный раствор коагулянта (10-18%) перекачивается из затворных баков в расходные баки, где разбавляется до требуемой 5% концентрации.
Для предотвращения расслоения коагулянта в расходных баках предусмотрен борбатаж сжатым воздухом. Забор раствора коагулянта из заборных баков предусмотрен с помощью поплавков с гибкими шлангами. Раствор коагулянта из расходных баков с помощью эжекторов дозируется в трубопровод сырой воды перед смесителем.
1.1.4 Хлорирование
Хлор-газ подается по трубопроводу с ООО “Саратоворгсинтез”, где, пройдя через микрофильтр, баллон грязевик дозируется и поступает в места ввода реагента.
1.1.5 Смеситель
Для смешения обрабатываемой воды с реагентами (сернокислым алюминием и хлором) в комплекс очистных сооружений включен смеситель вихревого типа. Смеситель представляет собой железобетонное сооружение, состоящее из смесительной камеры и кармана смесителя. Сырая вода поступает в смеситель снизу через уложенные по дну смесителя распределительные трубы Д=800 мм, дырчатые. Смешиваясь с реагентами в восходящем потоке за счет резкого изменения скорости при выходе из отверстий распределительных труб, вода отводится приемными дырчатыми трубами Д=600 мм в карман смесителя. Во избежание перелива воды в смесителе предусмотрена переливная труба 600 мм, а также труба для полного опорожнения смесителя Д=300 мм.
Время пребывания воды в смесителе 2 мин.
Скорость восходящего потока 25 м/с.
В составе очистных сооружений имеется пять камер реакции, встроенных в отстойники. Камеры реакции представляют собой железобетонные, прямоугольные в плане сооружения, каждое из которых разделено на две секции, для лучшего распределения потока воды (рис.3.3).
Вода, смешанная с реагентами, подается в смеситель к камерам реакции по распределительному коллектору Д=1000 мм, проложенному по монтажному коридору. С распределительного коллектора по трубопроводам вода подается на камеры реакции, каждое ответвление питает одновременно по две секции камеры.
Распределение воды по площади камеры осуществляется двумя дырчатыми железобетонными коробами, сечением 75 x 24 см, уложенными по днищу камер, ДОТВ=25мм, шаг 185 мм.
Равномерность подачи воды на камеры реакции регулируется задвижками.
Для равномерного сбора коагулированной воды в верхней части камер установлены металлические желоба. Сброс осадка осуществляется через распределительные короба по трубопроводам Д=150 мм.
1.1.7 Отстойники
В состав очистных сооружений входят пять горизонтальных отстойников коридорного типа. Отстойники представляют собой железобетонные, прямоугольные в плане сооружения (рис.3.3). Каждый отстойник состоит из двух коридоров камер реакции. Вода из камер реакции поступает по дырчатым желобам через водослив. В начале каждого отстойника в верхней части на ¼ высоты установлена железобетонная стена для улучшения распределения воды по живому сечению отстойника. В конце каждой секции отстойника для отвода осветленной воды в общий карман установлены сборные желоба. Карман отделен от отстойников железобетонной плитой и сделан общим для всех отстойников. Для предотвращения переполнения кармана и отстойников имеется переливной трубопровод. Удаление накопившегося осадка предусмотрено через дырчатые желоба по дну отстойников.
Второй ступенью очистки воды являются скорые фильтры (пять штук площадью 119 м2 камеры), которые представляют собой прямоугольные в плане железобетонные сооружения, состоящие из двух одинаковых секций и центрального распределительного канала.
Каждый фильтр оборудован дренажом большого сопротивления из перфорированных труб Д=150 мм с отверстиями Д=10 мм.
Для равномерного распределения воды по площади фильтров, при фильтрации и равномерного сбора воды при промывке фильтры оборудованы железобетонными лотками.
Загрузка фильтров состоит из поддерживающего слоя (гравия), толщина которого соответственно составляет:
1 слой – 40 – 20 мм – 250 мм.
2 слой – 20 – 10 мм – 100 мм.
3 слой – 10 – 5 мм – 100 мм.
4 слой – 5 – 2 мм -50 мм.
И фильтрующего слоя, высота которого 1800 мм, крупность песка 0,9-1,8 мм, полезная площадь фильтрации всех фильтров составляет 595 м2.
1.1.9 Резервуары чистой воды
Для сбора фильтрованной воды входят три резервуара по 6000 м3 и два резервуара по
1500 м3 для оборотной промывной воды.
1.1.10 Результаты анализа исходной и очищенной воды
|
№ П/П. |
Определяемые показатели |
Исходная вода |
Очищенная вода |
|
1 |
Мутность, мг/л |
15 |
1,2 |
|
2 |
Прозрачность, см |
26 |
37 |
|
3 |
РН |
7,4 |
6,8 |
|
4 |
Щелочность, мг-экв/л |
1,64 |
1,34 |
|
5 |
Жесткость, мг-экв, л |
3,4 |
3,2 |
|
6 |
Окисляемость, мг/л |
9,6 |
6,6 |
|
7 |
Железо, мг/л |
0,4 |
0,27 |
Мутность (прозрачность, содержание взвешенных веществ) характеризует наличие в воде частиц песка, глины, илистых частиц, планктона, водорослей и других механических примесей, которые попадают в результате размыва дна и берегов реки, с дождевыми и талыми водами, со сточными водами и т.п.
Количество взвешенных веществ в воде выражается в миллиграммах на литр (мг/л). В зависимости от воды водоисточника и времени года количество взвешенных веществ в воде изменяется в очень широких пределах – от нескольких миллиграммов на литр (в озерах, водохранилищах, некоторых равнинных реках в зимний период) до сотен (в реках во время паводка) и тысяч миллиграмм на литр (в реках среднеазиатских государств). Согласно ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая” количество взвешенных веществ в воде не должно превышать 1,5 мг/л.
Вода, подаваемая хозяйственно-питьевым водопроводом, должна иметь показатель рН в пределах 6-9. Для вод большинства природных источников значение рН не отклоняется от указанных пределов. Однако после обработки вод реагентами значение рН может существенно измениться. Для правильной оценки качества воды и выбора способа очистки необходимо знать значение рН воды источника в различные периоды года. При низких значениях рН сильно возрастает ее коррозирующее действие на сталь и бетон.
Жесткость воды обуславливается содержанием в ней солей кальция и магния, измеряется в миллиграммах-эквивалентах на 1 л. 1 мг-экв/л соответствует в 1 л воды 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния. Жесткость хозяйственно-питьевой воды не должна превышать 7 мг-экв/л.
Жесткость речной воды переменна, достигая максимума в периоды паводков. Она обычно меньше жесткости воды подземных источников.
Активную реакцию воды, устанавливающую степень её щелочности или кислотности, определяют по величине рН концентрации водородных ионов. При рН 7,0 вода нейтральная, при низших значениях имеет место кислая реакция, при высших – щелочная. Приемлемым для хозяйственно-питьевой воды считается рН от 6 до 9.
Окисляемостью воды называется количество кислорода, требуемое для окисления органических веществ в ее 1 л. При отсутствии железа или гуминовых веществ вода не должна обладать высокой окисляемостью. В противном случае, вероятно ее загрязнение сточными водами.
Содержание железа допускается не более 0,3 мг/л. Иногда по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы может быть допущено содержание железа до 1 мг/л.
На основе штатных приборов, установленных в системе водоснабжения необходимо измерить: давление воды после насосной станции первого подъема; давление воды перед очистными сооружениями; расход воды, подаваемой в очистные сооружения; расход реагентов; установить расход электроэнергии на привод водяных насосов.
3. Требования охраны труда
4. Порядок выполнения работы
При проведении испытаний составляется протокол и записываются следующие показания в таблицу 3.1
Таблица 3.1
|
№ п./п |
Измеряемая величина |
Единица измерения |
Обозначение |
Показания |
|
1 |
Давление воды после насосной станции первого подъема |
МПа |
Р1 |
|
|
2 |
Давление воды перед очистными сооружениями |
МПа |
Р2 |
|
|
3 |
Расход воды, подаваемой на очистные сооружения |
м3/с |
σв |
|
|
4 |
Расход воды после очистных сооружений |
м3/с |
σво |
|
|
5 |
Расход реагентов |
Кг/с |
σр |
|
|
6 |
Расход электроэнергии |
кВт∙ч |
Э |
После окончания измерений необходимо выполнить следующее:
, кг/м3
Отчет по работе представляется оформленным в тетради по лабораторным работам и должен содержать:
7. Контрольные вопросы
1. Назначение станции очистки воды?
2. Назначение насосной станции первого подъема?
3. Что применяется в качестве коагулянта?
4. Назначение фильтров? Принцип действия и устройство фильтров?
5. Дайте предложения по энергосбережению в рассмотренной системе водоснабжения.
Литература
Абрамов Н.Н. Водоснабжение / Н.Н. Абрамов. М.: Стройиздат, 1982, 440 с.
Лабораторная работа №4
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ И ИСПЫТАНИЕ РАДИАТОРНОЙ ГРАДИРНИ
Цель работы – практическое ознакомление с обору дованием лабораторного стенда радиаторной градирни, экспериментальное определение тепловой мощности, коэффициента теплопередачи и расхода охлаждающего воздуха в охладителе при различных режимах его работы.
1. Основные понятия
Радиаторные градирни (сухие) используют в районах с ограниченными водными ресурсами. Они бывают как с искусственной, так и с естественной тягой воздуха.
Радиаторная градирня представляет собой систему радиаторов, выполненных из стали или сплава меди и алюминия, и скомпонован ных в несколько секций. Малая теплоемкость воздуха и низкий коэффициент теплопередачи от воды к воздуху через стенки радиаторов требуют создания сильно развитой поверхности охлаждения и осуществления циркуляции больших количеств воздуха через радиаторы.
В теплое время года температура охлажденной, воды значительно выше, чем в испарительных градирнях и бывает на 15-20 °С выше температуры воздуха. Зимой вода охлаждается до более низ ких температур и составляет 5-6 °С. Охлаждение воды может быть улучшено орошением водой наружной поверхности радиаторов.
Стоимость радиаторных градирен выше стоимости испарительных градирен.
Площадь поверхности оребренных радиаторов определяется по формуле:
, (4.1)
где - коэффициент теплопередачи через оребренную стенку Вт/м2 °С;
- тепловая мощность охладителя, Вт;
- средняя температура охлаждаемой воды, °С;
- средняя температура охлаждаемого воздуха, °С;
Тепловая мощность определяется из выражения:
Q=G·(t1-t2)·c=V·cВ·(θ2-θ1), (4.2)
где G – расход воды через охладитель, кг/с;
c – теплоемкость воды , Дж/кг· °С;
t1, t2- температура воды на входе и на выходе из охладителя, °С;
V – массовый расход воздуха, кг/с;
cВ - теплоемкость воздуха, Дж/кг· °С;
θ2-θ1 - разность температур отводимого воздуха и воздуха, поступающему в охладитель, °С;
Коэффициент теплопередачи через ребристую стенку:
(4.3)
где: – коэффициент теплоотдачи с гладкой стороны;
- приведенный коэффициент теплоотдачи со стороны ребристой поверхности;
- термическое сопротивление загрязнений ребристой
поверхности, м2 °С /Вт;
, - толщина и коэффициент теплопроводности материала стенки (плоской стенки или стенки трубки без ребер);
- площадь гладкой поверхности стенки;
=FР+FП - площадь ребристой поверхности стенки, равная пло щади ребер FР и площади стенки в промежутках между ребрами FП.
При оребрении стремятся к выполнению условия:
∙≈∙. (4.4)
Отношение величин оребренной поверхности и гладкой называют коэффициентом оребрения и выбирают обычно в пределах конструктивных возможностей от 4 до 10.
2. Методика эксперимента
2.1 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка, схема которой представлена на рис.4.1, состоит из оребренного теплообменника (сухой градирни 1; вентилятора 2; змеевика 4; емкостей 3, 5; насоса 6, крана 7, ТЭНа 8, системы трубопроводов 9 и измерительных приборов).
Вода подается в змеевик сухой градирни 1, где охлаждается воздухом, подаваемым вентилятором 2. Охлажденная вода из градирни стекает в емкость 3 и затем с помощью насоса 6 направляется в змеевик 4, где осуществляется подогрев оборотной воды за счет горячей воды в емкости 5.
Обогрев емкости 5 осуществляется электроэнергией от ТЭНа 8. После подогрева вода вновь подается на охлаждение в градирню.
В эксперименте производятся замеры температур охлажденной и подогретой воды ртутными термометрами 10. Расход циркуляционной воды замеряется ротаметром 11. По термометрам 12 и 13 замеряется соответственно температура атмосферного воздуха на входе и выходе из градирни.
2.2. Экспериментальное изучение работы сухой градирни.
Изучение работы радиаторной градирни, экспериментальное определение ее тепловой мощности, коэффициента теплопередачи и расхода охлаждающего воздуха при различных режимах основано на определение количества охлаждающей воды и измерение температур воды и воздуха в охладителе. Измерения проводятся в стационарном установившемся режиме.
Точность измерения параметров определяется погрешностью средств измерения.
Температура потоков воды и охлаждающего воздуха измеряется ртутным термометром с диапазоном измерения 0,,+500С с классом точности 0,25.
Количество воды определяется по показаниям ротаметра РС-3 диапазон измерения составляет 0,02 – 0,1 кг/с погрешность измерений 1,5%
При проведении эксперимента каждый единичный опыт следует повторить достаточное число раз, чтоб случайные ошибки результата были незначительные по сравнению с систематическими.
3. Требования охраны труда
4. Порядок выполнения работы
1. После изучения руководства и установки включают вентилятор 2. Устанавливают заданный преподавателем расход воздуха.
2. Включают насос 6 и, регулируя вентилем 7, подают в теплообменнике определенный расход воды.
3. В последующих трех опытах меняют расход воздуха. Для каждого из трех значений расхода воздуха проводят эксперимент при различных расходах охлаждаемой воды.
Рис.4.1. Схема лабораторной установки
1-сухая градирня; 2-вентилятор; 3- емкость; 4- змеевик; 5- емкость;
6- насос; 7- кран; 8- тэн; 9- трубопровод; 10- термометры для воды; 11- ротаметр; 12, 13-термометры для воздуха.
4. В каждом опыте замеряют расход воды, температуру воды и воздуха на входе и после теплообменника при установившемся режиме. Значения измеренных величин вносят в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
Протокол записи показаний приборов
|
№ опыта |
Воздух |
Вода |
||||
|
V, % |
θ1, оС |
θ2, оС |
G, кг/с |
t1, оС |
t2, оС |
|
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
· |
||||||
|
· |
||||||
|
· |
||||||
|
m |
5. Обработка результатов эксперимента
1. При проведении n измерений температур воды и воздуха единичного результата среднее арифметическое величин составит:
, , , .
2. Используя показания из таблицы 4.1., расчеты температур, значения теплоемкости воды из справочников [3]; по уравнению (4.2) для каждого опыта вычисляют тепловую мощность теплообменника:
.
3. С помощью геометрических измерений трубок и ребер рассчитывают площадь ребристой поверхности теплообменника.
4. Для каждого опыта определить средние значения температур воды и воздуха по выражениям:
; .
5. По уравнению (4.1) вычислить коэффициент теплопередачи через оребренную стенку:
.
6. Определить массовый расход воздуха из выражения (4.2):
,
где - теплоемкость воздуха берётся из справочников [3], Дж/кг оС.
7. Построить зависимость hср=f(V) и t2=F(V) при различных t1 на основании результатов расчетов (таблица 4.2).
Таблица 4.2
Протокол расчетных величин
|
№ опыта |
, оС |
, оС |
, оС |
, оС |
, Вт |
, оС |
, оС |
, |
, кг/с |
|
1 |
|||||||||
|
2 |
|||||||||
|
“ |
|||||||||
|
“ |
|||||||||
|
“ |
|||||||||
|
m |
6.Содержание и оформление отчета о работе
Отчет должен представляться оформленным в тетради по лабораторным работам и должен содержать:
1.Название лабораторной работы;
2. Формулировку цели работы;
3. Краткий конспект теоретических сведений;
4. Схему установки с указанием основных элементов;
5. Расчет тепловой мощности, коэффициента теплопередачи и расхода охлаждающего воздуха в охладителе при различных режимах его работы.
6. Графики зависимостей hср=f(V) и t2=F(V) при различных t1;
7. Выводы по работе;
8. Список использованной литературы.
1. Назовите достоинства и область применения радиаторных градирен.
3. От каких факторов зависит коэффициент теплопередачи в радиаторных градирнях?
4. Дайте определение коэффициента оребрения.
5. Дайте характеристику и основы принципа работы используемых на лабораторном стенде приборов.
6. Какие факторы влияют на точность измерения температуры?
Лабораторная работа № 5
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ И ИСПЫТАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ
ГРАДИРНИ
Цель работы: практическое ознакомление с оборудованием вентиляторной градирни, экспериментальное определение коэффициента массоотдачи и коэффициентов эмпирического уравнения.
1. Основные понятия
Вентиляторные градирни представляют собой сооружения для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения с принудительной подачей воздуха в оросительное пространство с помощью вентиляторов.
Оросительное устройство вентиляторных градирен по своей конструкции могут быть: пленочным, капельным, брызгательным.
В оросителе каждого из указанных типов градирен вода движется вертикально сверху вниз под действием силы тяжести. Воздух же, нагнетаемый или отсасываемый из оросителя вентиляторами или в результате башенного эффекта может двигаться либо снизу вверх навстречу воде, либо в поперечном направлении по отношению к движению воды. В первом случае градирни называются противоточными, во втором случае – поперечноточными.
При охлаждении воды в градирнях часть тепла передается атмосферному воздуху за счет поверхностного испарения воды (превращение части воды в пар с переносом его посредством диффузии и конвекции воздуха); другая часть – за счет разницы в температурах между водой и воздухом, то есть теплоотдачей соприкосновением (теплопроводность и конвекция). Кроме того, некоторое количество тепла отводится от воды за счет излучения. Однако тепло, передаваемое излучением настолько мало в сравнении с другими видами отдачи тепла, что им можно пренебречь при составлении теплового баланса градирни:
, (5.1)
где: - гидравлическая нагрузка градирни, кг/с;
- теплоемкость охлаждаемой воды, кДж/кг·0С;
- температура воды на входе из градирни, 0С;
- температура воды на выходе из градирни, 0С;
- коэффициент, учитывающий перенос тепла водяным паром от водной поверхности в воздушный поток;
- расход воздуха через градирню, кг/с;
- энтальпия воздуха на выходе из градирни, кДж/кг;
- энтальпия воздуха на входе в градирню, кДж/кг;
- коэффициент, учитывающий перенос тепла водяным паром от водной поверхности в воздушный поток;
- теплота парообразования, кДж/кг.
Количество теплоты, отдаваемое теплоносителем охлаждающему агенту в градирнях, также как и в обычных водообменных аппаратах пропорционально поверхности теплообмена. Под поверхностью теплообмена в градирнях следует понимать общую поверхность всех капель и пленок воды, вступающих в соприкосновение с воздухом. Однако подсчитать эту поверхность практически невозможно. Величина ее при изменении плотности орошения, а также и расхода воздуха, количества капель и их гранулометрического состава резко изменяется. Поэтому приходится пользоваться так называемыми объемными коэффициентами массоотдачи, отнесенными к единице объема оросителя βXU.
При использовании объемных коэффициентов массоотдачи поверхность охлаждения оросителя должна быть заменена на объем оросителя:
(5.2)
- площадь оросителя градирни в плане, м2.
- высота оросителя, м.
Величина коэффициента массоотдачи находится в прямой зависимости от количества воздуха и воды, проходящих через градирню, и от типа и конструкции оросителя градирни. Эта зависимость в общем, виде описывается эмпирической формулой:
, (5.3)
где - плотность орошения, кг/м2·с;
- массовая скорость воздуха, кг/м2·с.
Коэффициент А и показатели n и m входящие в эту формулу являются постоянными для определенной конструкции оросителя и определяются по данным экспериментов на градирнях.
Вычисление коэффициентов массоотдачи по данным опытов производится по формуле:
, (5.4)
где - безразмерный параметр,
величины , и , входящие в формулу, определяются замерами при экспериментах.
Величину среднелогарифмической разности энтальпий на границах оросительного устройства градирни определим по формуле Л.Д.Бермана:
, (4.5)
где ;
здесь - энтальпия насыщенного воздуха (кДж/кг) при температуре:
tср = (t1+t2)/2, ,
- энтальпия насыщенного воздуха при температуре воды на входе в градирню, кДж/кг;
- энтальпия насыщенного воздуха при температуре воды на выходе из градирни, кДж/кг.
2. Методика эксперимента
2.1. Описание лабораторной установки
Схема установки показана на рис. 5.1. Установка состоит из оросителя 3; вентилятора 2; змеевика 9; емкости 12; ТЭНа и измерительных приборов. Ороситель по конструкции капельный. Вода подается на ороситель 3 противоточно охлаждающему воздуху, который направляется снизу от вентилятора 2 из нижней части градирни. Охлажденная вода с помощью насоса 4 направляется в змеевик 9, где осуществляется подогрев оборотной воды за счет горячей воды в емкости 12. Обогрев емкости (12) осуществляется электроэнергией от ТЭНа 7. После подогрева вода вновь подается на охлаждение в градирню.
В эксперименте производятся замеры температур охлажденной и подогретой воды ртутными термометрами 5. Расход циркулирующей воды замеряется ротаметром 6. По показаниям анемометра 1 определяется расход воздуха. По психрометру 10 снимают показания температур по сухому и мокрому термометрам окружающей среды. Барометр 11 показывает барометрическое давление.
2.2. Экспериментальное изучение работы вентиляторной градирни
Изучение работы вентиляторной градирни, экспериментальное определение коэффициента массоотдачи и коэффициентов эмпирического уравнения основано на измерении расходов, температур воды и воздуха в охладителе. Измерения проводятся в стационарном установившемся режиме.
Точность измерения параметров определяется погрешностью средств измерения.
Температура потоков воды и охлаждающего воздуха измеряется ртутными термометрами с диапазоном измерения 0…+50 0С и классом точности 0,25.
Количество воды определяется по показателям ротаметра РС-3, диапазон измерения составляет 0,02 – 0,1 кг/с, погрешность измерений 1,5%.
Расход воздуха определяется с помощью анемометра АП-1, диапазон измерений составляет 0,1- 0,5 м/с и классом точности 0,5.
Параметры окружающего воздуха – барометрическое давление, температура по сухому и мокрому термометрам, определяется соответственно по барометру с классом точности 1,5, психрометром с классом точности 2.
При проведении экспериментов каждый единичный опыт следует повторить достаточное число раз, чтобы случайные ошибки результата были незначительными по сравнению с систематическими.
Рис. 5.1 Схема лабораторной установки
3. Требования охраны труда
4. Порядок выполнения работы
1. После изучения руководства и установки включают вентилятор 2. Устанавливают заданный преподавателем расход воздуха.
2. Включают насос 4 и, регулируя вентилем 8, подают в градирню определенный расход воды.
3. В последующих трех опытах меняют расход воздуха. Для каждого из трех значений расхода воздуха проводят эксперименты при различных расходах охлаждаемой воды.
4. В каждом опыте замеряют расход воды, температуру воды и воздуха на входе и после градирни при установившемся режиме. Значения измеряемых величин вносят в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Протокол записи показаний приборов
|
№ опыта |
Воздух |
Вода |
||||||
|
GB, кг/с |
, ОС |
, ОС |
Окруж. среда |
GB, кг/с |
t1, ОС |
t2, ОС |
||
|
, оС |
, ОС |
|||||||
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
“ |
||||||||
|
“ |
||||||||
|
‘ |
||||||||
|
M |
Таблица 5.2
Протокол расчетных величин
|
№ опыта |
k |
Φ2 |
i2, |
KU |
βXU |
qЖ |
qВ |
Ln βXU |
ln qЖ |
ln qВ |
|
|
1 |
|||||||||||
|
2 |
|||||||||||
|
“ |
|||||||||||
|
“ |
|||||||||||
|
“ |
|||||||||||
|
M |
5. Обработка результатов эксперимента
1. При проведении n измерений температур воды и воздуха единичного результата среднее арифметическое величин составит:
; ; ; (4.6)
2. Энтальпия воздуха окружающей среды i1 определяется по диаграмме [2] по температуре сухого термометра и относительной влажности φ1.
Относительная влажность вычисляется по формуле:
, (4.7)
где - упругость насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра, Па [2];
- упругость насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра, Па [2];
- барометрическое давление, Па;
- психрометрический коэффициент:
, (4.8)
где - скорость воздуха, обдувающего шарик мокрого термометра, м/с (0,5 м/с).
3. Энтальпия воздуха на выходе из градирни i определяется по диаграмме [2] по температуре сухого термометра и относительной влажности φ1.
Относительная влажность воздуха φ2 вычисляется по аналогии φ1 по формуле 5.7 с подстановкой соответствующих величин , при температурах и . Значение К2 вычисляется аналогично К1, но при скорости ,
где - плотность воздуха при температуре и относительной влажности φ2=1 [3];
- площадь оросителя в плане, м2.
4. С помощью геометрических измерений определяют высоту оросителя h и рассчитывают площадь оросителя в плане .
5. Величины k, KU, , βXU, qЖ, qВ определяются по вышеприведенным выражениям в разделе 1 и приложениям к методическим указаниям.
6. Для определения коэффициентов А, m, n в уравнении 5.3 строится график в координатах ln βXU и ln qЖ при qВ=const. В указанных координатах опытные данные описываются прямолинейной зависимостью (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Определение коэффициентов m и n.
ln βXU=(ln A+m · ln qВ)const + n · ln qЖ. (5.9)
Значение n характеризует угловой коэффициент полученной прямой:
Для определения показателя степени m в зависимости 5.3 строится аналогичный график в координатах ln βXU и ln qВ при qЖ=const. Значение m определяется по угловому коэффициенту полученной прямой. Уравнение 5.3 позволяет найти постоянную А по найденным значениям m и n.
6. Содержание и оформление отчета о работе
Отчет по работе представляется оформленным в тетради по лабораторным работам и должен содержать:
1. Название лабораторной работы;
2. Формулировку цели работы;
3. Краткий конспект теоретических сведений;
4. Схему установки с указанием основных элементов;
5. Расчет величин, указанных в таблице 5.2;
6. Графики в логарифмических координатах;
7. Значения величин А, m, n;
8. Выводы по работе;
9. Список использованной литературы.
6. Контрольные вопросы
1. Назовите достоинства и область применения вентиляторных градирен.
2. За счет, каких факторов происходит охлаждение воды в вентиляторных градирнях?
3. Что следует понимать под поверхностью теплообмена в градирнях с капельным или пленочным оросителем?
4.Что является движущейся силой испарения воды в охлаждающий воздух?
5. От каких параметров зависит величина коэффициента массоотдачи?
6.Дайте характеристику и основы принципа работы используемых на лабораторном стенде приборов?
Литература
3 Симонов В.Ф. Водоснабжение промышленных предприятий: учеб. пособие / В.Ф. Симонов, Н.В. Долотовская : Саратов. Сарат. полит. ин-т, 1982. 76 с.
4 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Г. Варгафтик М.: Наука, 1972. 720 с.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ
Методические указания
К выполнению лабораторных работ № 3,4,5
Составили:
Прелатов Владимир Германович
Семенов Борис Александрович
Серов Дмитрий Юрьевич
Рецензент В.Ф. Симонов
Корректор О.А. Луконина
Саратовский государственный технический университет
410054 г. Саратов, ул. Политехническая , 77
Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054г. Саратов, ул. Политехническая,77