вихревая труба. Расчет и оптимизация параметров вихревой трубы
 Скачать 1.44 Mb.
|
|
Расчетно-графическая работа по дисциплине «Исследование режимов работы и оптимизация параметров трансформаторов тепла» на тему: «Расчет и оптимизация параметров вихревой трубы» Оглавление Введение……………………………………………………………………3 Вихревая труба……………………………………………………………………Error: Reference source not found 1 Принцип действия установки 9 2 Определение оптимальных режимов работы схемы………………………..9 2.1 Теплообменные аппараты . 12 2.2. Противоточная вихревая труба ……………………………………….12 2.3. Охлаждаемый объект…………………………………………………..13 2.4 Подогреваемый объект………………………………………………...14 2.5. Двухконтурная вихревая труба……………………………………….16 2.6. Энжектор……………………………………………………………….17 2.7.Результаты расчетов…………………………………………………….22 3. Расчет эксергии потоков в элементах схемы термостата…………………..27 3.1 Теплообменные аппараты……………………………….........…………….27 3.2 Противоточная вихревая труба……………………………….……..28 3.3 Охлаждаемый объект………………………………………..……… 29 3.6 Эжектор………………………………………………………………..30 3.7 Геометрические параметры…………………………………………30 4. Оптимизация параметров вихревой трубы………………………………….31 Заключение 48 Список используемой литературы 50 Введение В настоящее время все более актуальной становится проблема энергетического обеспечения жизни общества. Энергетические кризисы, поражают время от времени различные регионы из-за снижения добычи энергоносителей или их дорогостоящей транспортировки к месту использования. Возникают экологические проблемы, связанные с негативным влиянием выбросов при сжигании топлива и его переработкой и хранением. Недостаток энергоресурсов связан с тем, что запасы органических топлив - нефти, газа, угля, истощаются и не возобновляются. Поэтому удовлетворение потребностей общества в энергии возможно при комплексном решении проблем энергетики. В связи с ограниченностью запасов энергоносителей важными становятся вопросы их эффективного использования и создания энергетических установок с высоким коэффициентом использования топлива, тепловым коэффициентом и КПД. Экономия топлива и сопутствующих материалов - главная задача этого направления развития энергетики. Современные технологии использования возобновляемых энергетических ресурсов недостаточно эффективны или дороги по сравнению с технологиями преобразования энергии органических топлив. Анализ современных энергетических технологий, показывает, что один из перспективных - способ преобразования тепловой энергии на основе вихревого эффекта, который выгодно отличается от известных устройств простотой технического выполнения и обслуживания, а также является более дешевым в промышленном производстве. Вихревые трубы безопасны, компактны и надежны в промышленнойэксплуатации. Применение вихревой трубы в различных технологиях целесообразно при наличии неиспользуемой энергии перепадов давления для очистки и охлаждения любых газов и газовых смесей в том числе содержащих жидкие и конденсирующиеся примеси. Так, в южных городах существует проблема - из-за высокой температуры воздуха из крана для холодной воды течет отнюдь не холодная, а теплая вода и в начале 90-х годов исследователи решили использовать вихревую трубу для разделения воды на горячую и холодную. Результаты оказались сенсационными. Температура вращающейся в трубе воды повышалась, будто ее согревал невидимый кипятильник. Работа вихревой трубы заключается в создании сверхзвукового закрученного потока газа и последующего его разделения на холодный и горячий (или тёплый) потоки, образующиеся в результате проявления вихревого эффекта Ранка. Особенно эффективно вихревая труба может быть использована при добыче и транспорте газа, когда требуется многократно снизить пластовое давление газа перед подачей в магистральный трубопровод с 200 - 250 ат до 50 -60 ат и на газораспределительных станциях с 20 - 35 ат до 1 - 6 ат. Дополнительная установка достаточно простого оборудования при незначительных затратах даёт возможность повысить выход газоконденсата из газа на 20 - 25 % и более. Другое перспективное использование вихревой трубы основано на применении электрогидродинамического течения газа для осуществления эффекта Ранка. Это даёт возможность создать холодильное устройство, в котором отсутствуют агрессивные хладагенты и компрессор. Вихревые трубы могут быть использованы как индивидуально, так и в технологической схеме с теплообменником-рекуператором и сепаратором. Вот насколько обширно применение вихревых труб. В настоящее время вихревая техника широко внедрена в промышленность: вихревые управляющие клапаны в системах управления тягой ракетных двигателей, вихревые холодильники, вихревые системы очистки, осушки газа в газовой промышленности, вихревые системы газоподготовки для нужд пневмо-газоавтоматики. Вихревая труба  Принцип работы вихревой трубы базируется на вихревом эффекте. Сущность вихревого эффекта заключается в снижении температуры в центральных слоях закрученного потока газа (свободного вихря) и повышении температуры периферийных слоев. При соответствующей конструкции устройства, вихрь газа удается разделить на два потока: с пониженной и повышенной температурами. В настоящее время достаточно широко распространены системы тепло- и холодопроизводства на базе парокомпрессионных холодильных машин - чиллеров. Установки на базе вихревой трубы имеют ряд преимуществ по отношению к чиллерам: 1. Главным преимуществом систем на базе вихевой трубы является отсутствие каких-либо хладагентов и теплоносителей. В настоящее время все вещества, используемые в качестве хладагента в холодильных машинах, имеют повышенную текучесть. К примеру, нормируемая утечка фреона в год около 6-8 % от общего количества. Незначительные дефекты соединений, микротрещины, а также сильные перепады температуры окружающей среды, ведут к дополнительным утечкам хладагента. Утечки данных веществ наносят существенный урон здоровью человека и экологии планеты. Вещества, используемые в качестве теплоносителей, чаще всего являются ядовитыми, вследствии чего они также составляют опасность для человека. 2. Конструкция вихревой трубы является простой, что приводит к уменьшению трудоемкости изготовления, а также монтажа и обслуживания. 3. Отсутствие подвижных частей в конструкции вихревой трубы значительно повышает надежность холодильно-нагревательной системы в целом. 4. Удобство компоновки. Все оборудование является достаточно компактным и легким. Система в целом состоит из отдельных узлов, которые могут быть размещены в различных местах в любом положении. 5. Возможность охлаждения и нагрева газа при помощи одной системы. 6. Вихревая труба является малоинерционным агрегатом. Время выхода вихревой трубы на номинальный режим работы после подачи сжатого газа на вход составляет несколько секунд. Это обстоятельство позволяет с высокой точностью и практически мгновенно регулировать тепловой режим работы любой системы. Возможная сфера применения вихревых аппаратов достаточно широка и включает в себя практически все отрасли промышленности и народного хозяйства. Устройства на базе вихревых труб практически не оставляют альтернативы при наличии уже установленного источника сжатого газа. Ниже перечислены некоторые области применения вихревых труб. 1. Промышленные холодильно-нагревательные установки. 2. Холодильные установки пищевой промышленности и торговли. 3. Отопление и кондиционирование помещений. 4. Тепловые насосы. 5. Криотехника. Хотя вихревые трубы изначально создавались как холодильно-нагревательные устройства, их также можно использовать в некоторых других областях, таких как очистка жидкостей и газов, разделение жидкостей и газов на фракции и т.д. Схема вихревой трубы.  Технические возможности.
Задание Спроектировать систему термостатирования электронных устройств. Технические условия работы системы: температура в камере термостатирования  , холодопроизводительность  . Давление и температура сжатого газа на входе в систему (магистральные параметры)  ,  . Необходимый объем термокамеры и ее геометрия.Требуется произвести: выбор или создание принципиальной схемы работы термостата; тепловой расчет режимных характеристик схемы (температур в заданных сечениях схемы, расходных соотношений, эффективности); термодинамический анализ схемы и его узлов. Определение оптимальных режимов работы схемы; расчет потрубных значений расхода воздуха. Расчетная часть 1 Принцип действия установки  Рисунок 1.1 – Принципиальная схема термостата 1 – подогреваемый объект; 2 – охлаждаемый объект; 3 – противоточная вихревая труба; 4 – двухконтурная вихревая труба; 5 – теплообменники; 6 – эжектор. Работа холодильно-нагревательного аппарата осуществляется следующим образом: при работе сжатый воздух из магистрали разделяется на два потока по числу вихревых труб. Один из потоков сжатого воздуха, минуя теплообменник 5, подается к сопловому устройству двухконтурной вихревой трубы 4, проходя через которую охлаждается. Одна часть воздуха поступает в эжектор 6 в качестве эжектируемого потока. Другая часть воздуха направляется в подогреваемый объект 1, где нагреваясь, и минуя теплообменник 5 поступает в эжектор 6 в качестве эжектирующего потока. Второй поток сжатого воздуха, проходя через теплообменник 5 поступает в противоточную вихревую трубу3. Поток, выходящий со стороны горячего конца, поступает в двухконтурную вихревую трубу 4. Выходя из нее часть воздуха, направляется в эжектор 6 в качестве эжектируемого газа. Другая часть воздуха поступает в подогреваемый объект 1, и минуя теплообменник 5 поступает в эжектор 6 в качестве эжектирующего газа. Поток, выходя из отверстия диафрагмы противоточной вихревой трубы 3, потсупает в охлаждаемый объект 2. Там охлаждаясь, воздух, минуя теплообменник 5 выходит в атмосферу. Схема термодинамического расчета с обозначением характерных узлов и сечений представлена на рисунке 1.2. Принятые допущения: – гидравлические сопротивления в такте установки не существенны; – изобарная теплоемкость газа в рабочем интервале температур принимается постоянной  ;– давление холодного потока считается равным давлению среды, в которую происходит истечение; – в виду малых скоростей в рассматриваемых сечениях расчеты производятся по параметрам торможения. Для расчета выбираются трубы с относительной длиной камеры энергоразделения . Значение эффектов охлаждения противоточной вихревой трубы в зависимости от степени расширения сжатого воздуха и доли охлажденного потока  сведены в таблице 1.Таблица 1.1
Значение относительной доли охлажденного потока и эффектов охлаждения вихревой трубы с дополнительным потоком  сведены в таблице 2.Таблица 1.2
Схема термодинамического расчета:  Рисунок 1.1 – Схема термодинамического расчета 1 – подогреваемый объект; 2 – охлаждаемый объект; 3 – противоточная вихревая труба; 4 – двухконтурная вихревая труба; 5 – теплообменники; 6 – эжектор. 2. Определение оптимальных режимов работы схемы |
