Характеристика прибора:

класс точности 0.5S, 1.0

интерфейсы: RS-485; CAN, IrDA, PLC;

Возможность подключения резервного питания Uрез= 5,5.9 В;

Измерение мощности, токов, напряжений, частоты, cosfi;

Встроенный модем PLC для передачи данных по силовой сети 220 В (в зависимости от модификации);

Два стандартных гальванически развязанных телеметрических выхода (DIN 43864), по одному на каждый вид энергии;

Счётчики работают в сторону увеличения показаний при любом нарушении фазировки подключения токовых цепей;

Автоматическая самодиагностика с индикацией ошибок;

Управление нагрузкой через внешние цепи коммутации (УЗО); Электронная пломба.

Амперметр LIRRD DP6-AA

Амперметр - прибор измерения тока в цепях постоянного тока. Способ включения: c наружным калиброванным шунтом 75 ШС с калиброванными проводами

Технические характеристики:

диапазон измерений: 0-2000 А;

класс точности: 0.5;

габаритные размеры прибора: 75x756x40 мм;

Рабочая частота: 5 - 60Hz

Скорость измерения 2.5 изм/сек.

Питание: AC 220V

Вольтметр лабораторный LIRRDLRDP6-AV

Вольтметр лабораторныйLIRRDLRDP6-AV

предназначен для точных измерений напряжения, в цепях переменного и постоянного тока, а также для проверки менее точных приборов.

Технические характеристики:

Класс точности 0,5;

Диапазоны измерения напряжений: DCV 2, 20, 200,600 ?V (выбирается DIP переключателем)

Входное сопротивление: >10MОМ

Габаритные размеры 72 x 46.5 x 28mm.

3. Исследование тепломеханической энергии в проточной части котла

3.1 Аналитический расчет

Электротеплогенерирующая установка (ЭТГ) позволяет получить необходимую тепловую энергию с меньшими затратами. По паспортным характеристикам теплогенератор с системой автоматики дает возможность получения тепловой энергии в импульсном режиме, что позволяет рационально осуществлять подвод теплоты к теплоносителю.

В основе работы теплогенерирующей установки лежит феномен повышенной сжимаемости однородных двухфазных потоков. Использование названного выше феномена позволяет создавать оборудование, устройства и технологии с минимальными массогабаритными характеристиками и с минимальной затратой энергии на их работу, по сравнению с существующими мировыми аналогами в различных областях их использования (от пищевых технологий до атомной энергетики). При этом дополнительное тепло получается за счет внутренней энергии воды, выделяющейся из нее при реализации сверхзвукового режима течения однородной двухфазной среды внутри устройства и фиксированном скачке давления на выходе из

На рис. 3.1 б показан ЭТГ с термопарами, с помощью которых ведется оценка его термического состояния, а на рис. 3.4 а - поперечный разрез в системе координат ХОУ. Система координат позволяет разместить в поперечном сечении конечноразностную сетку "шаблон" с целью решения краевых задач тепломассопереноса для жидкого теплоносителя внутри металлического корпуса, стенки, воздушной среды, в которую он помещен.

Рисунок 3.1 Электротеплогенератор: а) принципиальная конструктивная схема; б) фотография

Кроме привязки основных размеров корпуса, входного и выходного патрубков, ТВЭлов, имеется возможность проанализировать входные Q1, выходные Q2, генерируемые Q3 потоки теплоты, транспортируемые теплоносителем.

Рисунок 3.2 - Чертежи и фотографии отдельных элементов ЭТГ



А. Б. С.

Рисунок 3.3 - Фрагментарный анализ: А. ТВЭ на крышке; Б. Крепление фланцев; С. Вид внутренней поверхности

Таблица 3.1 - Геометрические параметры теплогенератора ЭТГ-6

Параметр	Размер	Ед. измер.
Диаметр корпуса	0.085	м
Диаметр входного патрубка	0.022	м
Диаметр выходного патрубка	0.022	м
Высота корпуса	0.345	м
Диаметр ТВЭЛа	0.018	м
Высота ТВЭЛа	0.15	м

Основные геометрические размеры ЭТГ представлены на рис. 3.4 и 3.5 Здесь видно фланцевое соединение на болтах. В нижней части показаны электроды, к которым подсоединяются провода электрической сети от блока сети, через блок автоматики.

Условно разбиваем ТГ на сечения (рисунок 3.4).

Рис. 3.4 - Механические характеристики по сечениям ЭТГ

Для нахождения площадей сечений 1,2, 3,4 используем формулу (3.1):

. (3.1)

Результаты расчета приведен в таблице 3.2:

Таблица 3.2 - Результаты расчета площадей сечения

Сечение	Размер	Ед. измер.
S1=	0.00038	М2
S3=	0.005672	М2
S4=	0.00038	М2

Для определения площади сечения 2 необходимо учесть геометрические характеристики ТВЭЛов. Площадь сечения ТВЭЛа равна S_1тв=, 0,00025м²., трех ТВЭЛов равна S_3тв=,00075м².

Площадь проточной части сечения 2 равна без ТВЭЛов S₂ =S₃ - S_3тв, S₂=0,00491 м².

По характеристике сети насоса рисунке 3.5 (режим 3) принимаем следующие расходы рабочего тела через проточную часть ЭТГ (таблица 3.3).

Рисунок 3.5 - Характеристики насоса

Таблица 3.3 - Расходы рабочего тела через проточную часть ЭТГ

	расход, м3/ч	1 режим	2 режим	3 режим, м. вод. ст.
Q1	1			3
Q2	2			1.9
Q3	3			0.8

Скорости в основных сечениях проточной части по расходам представленным в таблице 3.2, определены в таблицах 3.4, 3.5, 3.6.

Таблица 3.4 - Скорости по расходам 1

Для расхода,Q1
W1ср	0.73111	м/с
W2ср	0.05659	м/с
W3ср	0.048977	м/с
W4ср	0.73111	м/с

Таблица 3.6 - Скорости по расходам 2

Для расхода,Q2
W1ср	1.462219	м/с
W2ср	0.11318	м/с
W3ср	0.097954	м/с
W4ср	1.462219	м/с

Таблица 3.7 - Скорости по расходам 3

Для расхода,Q3
W1ср	2.193328771	м/с
W2ср	0.16976989	м/с
W3ср	0.14693026	м/с
W4ср	2.193328771	м/с

Число Рейнольдса (Re) для каждого из сечений ТГ по формуле (3.2):

. (3.2)

гдеd-характерный размер, м; Wcр - средняя скорость в живом сечении, м/с; - коэффициент кинематической вязкости, м²/с. Чтобы определить коэффициент трения сопротивления для разных режимов движения жидкости найдены экспериментальным путем разные формулы:

л = 0,3164/Re ^0,25; 10 ⁴ ?Re ? 10 ^{6 (}3.3)

л =0,0032 + 0,221/Re ^0,37; Re >10 ⁴ - 10 ⁵, (3.4)

л=0,11 (К_э/d₁+68/Re) ^0,25 2000 ?Re ? 10 ^{6 (}3.5)

л = 64/Re; Re ? 2300 (3.6)

Таблица 3.8 Коэффициенты вязкости воды при различных температурах

Температура	Динамическая вязкость	Кинематическая вязкость
оС	(Н • c / м2) • 10-3	(м2/ с) • 10-6
0	1,787	1,787
5	1,519	1,519
10	1,307	1,307
20	1,002	1,004
30	0,798	0,801
40	0,653	0,658
50	0,547	0,658
60	0,467	0,475
70	0,404	0,413
80	0,355	0,365
90	0,315	0,326
100	0,282	0,294

Результаты расчета чисел Рейнольдса по формулам 3.3-3.6 представлены в таблице 3.9.

Таблица 3.9 - Результаты расчета чисел Рейнольдса

расход	№ сечения	Температура	d, м	Wср, м/с	v, (м2/с) • 10-6	Re
При Q1=1м3/ч	1	20	0.022	0.73	1.004	16020	0.028123
	2	20	0.085	0.06	1.004	4791	0.03803
	3	20	0.085	0.05	1.004	4146	0.039429
	4	20	0.022	0.73	1.004	16020	0.028123
При Q2=2м3/ч	1	20	0.022	1.46	1.004	32041	0.023649
	2	20	0.085	0.11	1.004	9582	0.03198
	3	20	0.085	0.10	1.004	8293	0.033156
	4	20	0.022	1.46	1.004	32041	0.023649
При Q3=3м3/ч	1	20	0.022	2.19	1.004	48061	0.021369
	2	20	0.085	0.17	1.004	14373	0.028897
	3	20	0.085	0.15	1.004	12439	0.02996
	4	20	0.022	2.19	1.004	48061	0.021369

Потери напора по длине от сечения к сечению для текущего теплоносителя определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

, (3.7)

где - коэффициент гидравлического трения - сопротивления для участка трубы (зависит от числа Рейнольдса),

l и d - длина и диаметр трубы, м,

- принят коэффициент местного сопротивления, при внезапном расширении - 1,25, при внезапном сужении - 0,5. (приближенно)

, (3.8)

Где Кэ - коэффициент эквивалентной шероховатости по (справочнику).

d - диаметр трубы, м,. Результат расчета потерь напора по длине от сечения к сечению представлен в таблице 3.10.

Таблица 3.10 - Результаты расчета потерь напора по длине от сечения к сечению

расход	№ сечения		Wср, м/с	, м. вод. ст.	Сумма, м. вод. ст.
При Q1=1м3/ч	1	0.028123451	0.73	0.015189046	0.03054114
	2	0.03803035	0.06	8.23561E-05
	3	0.039429174	0.05	8.06954E-05
	4	0.028123451	0.73	0.015189046
При Q2=2м3/ч	1	0.023648909	1.46	0.059758795	0.12015687
	2	0.031979585	0.11	0.00032895
	3	0.033155851	0.10	0.00031033
	4	0.023648909	1.46	0.059758795
При Q3=3м3/ч	1	0.021369202	2.19	0.133313943	0.26805144
	2	0.028896817	0.17	0.000739595
	3	0.029959693	0.15	0.000683967
	4	0.021369202	2.19	0.133313943

График изменения скорости в сечениях по длине проточной части приведен на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Изменение скорости в сечениях по длине проточной части (7,10, 20,34 см)

Связь средней скорости и давления находится из закона сохранения механической энергии для напора H в данном сечении F (закон Бернулли) (3.9).

, (3.9)

где Z - высота положения оси трубопровода относительно выбранной системы координат (рис. 3.7), м, Р - давление жидкости в трубопроводе, Па, -средняя скорость потока, м/с, б-коэффициент Кориолиса.

Мощность в каждом сечении в ТГ находим по уравнению (3.10)

, Вт, (3.10)

где Н - напор на единицу весового расхода, м, G - расход жидкости, Н/сек,

, (3.11)

где Y-удельный вес жидкости (справочные данные), Н/ м^3,Q-расход жидкости, м³/с.

Мощность и напор в каждом из сечений приведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11 - Мощность и напор в каждом из сечений

Расход	№ сечения	Z, м	(P/Y) м. вод ст.		Wср, м/с	H, м. вод ст.	Y, Н/м3	Q, м3/с	G, Н/сек	N, Вт
При Q1=1 м3/ч	1	0.07	3	1.1	0.73	3.10	9810	0.000277778	2.725	8.447413
	2	0.1			0.06	3.10	9810	0.000277778	2.725	8.4479893
	3	0.2			0.05	3.20	9810	0.000277778	2.725	8.7203665
	4	0.34			0.73	3.37	9810	0.000277778	2.725	9.183163
При Q2=2 м3/ч	1	0.07	1.9		1.46	2.09	9810	0.000555556	5.45	11.389804
	2	0.1			0.11	2.00	9810	0.000555556	5.45	10.903914
	3	0.2			0.10	2.10	9810	0.000555556	5.45	11.447932
	4	0.34			1.46	2.36	9810	0.000555556	5.45	12.861304
При Q3=3 м3/ч	1	0.07	0.8		2.19	1.14	9810	0.000833333	8.175	9.3171501
	2	0.1			0.17	0.90	9810	0.000833333	8.175	7.37071
	3	0.2			0.15	1.00	9810	0.000833333	8.175	8.1848947
	4	0.34			2.19	1.41	9810	0.000833333	8.175	11.5244

Q1, Q2, Q3 - расходы жидкости, м³/ч, взятые из характеристик насоса (рис. 3.8), где Z - высота положения оси трубопровода относительно выбранной системы координат (рис. 3.7), м, б-коэффициент Кориолиса (справочный), -средняя скорость потока, м/с, (табл. 3.5-3.7); Н - напор на единицу весового расхода, м. вод. ст., найденный по формуле (3.9), Y-удельный вес жидкости (справочные данные), Н/ м^3,Q-массовый расход жидкости, м³/с, G-весовой расход жидкости, Н/сек, N - мощность в каждом сечении в ТГ, Вт.

Для нахождения механической энергии ТГ пользуемся формулой 3.12

(3.12)

где N - мощность, в каждом из сечений ТГ, Вт, найденная по формуле (3.10), -время, сек, (по экспериментальным данным). Результаты расчета механической энергии по сечениям 1,2,3,4 ТГ приведены в таблице 3.12.

Таблица 3.12 - Результаты расчета механической энергии

расход	№ сечения	N, Вт	Е1, Дж	Е2, Дж	Сумма Е1, Дж	Сумма Е2, Дж
При Q1=1м3/ч	1	8.447413	126.711194	2872.120409	521.98	11831.6368
	2	8.447989	126.719839	2872.316348
	3	8.720366	130.805497	2964.9246
	4	9.183163	137.747444	3122.275409
При Q2=2м3/ч	1	11.3898	170.847056	3872.533268	699.04	15845.0041
	2	10.90391	163.558711	3707.330785
	3	11.44793	171.718977	3892.296802
	4	12.8613	192.919556	4372.843268
При Q3=3м3/ч	1	9.31715	139.757251	3167.83103	545.95	12375.0327
	2	7.37071	110.56065	2506.0414
	3	8.184895	122.773421	2782.864208
	4	11.5244	172.866001	3918.29603

N - мощность, в каждом из сечений ТГ, Вт, найденная по формуле (3.10), результаты расчета в табл. 3.9,

Е1 - механическая энергия жидкости в каждом из сечений ТГ, Дж при нагревании от 20 до 50 С.

Е2 - механическая энергия жидкости в каждом из сечений ТГ, Дж при нагревании от 20 до 90 С.

Для нахождения количества теплоты, выработанного ТГ пользуемся первым законом термодинамики. Формула (3.13):

(3.13)

где А=Е - механическая энергия, Дж, найденная по формуле (3.12), результат нахождения механической энергии приведен в табл. 3.12

, Дж - внутренняя тепловая энергия теплоносителя

где Q - объемный расход жидкости, м3/ч

Ср - теплоемкость воды, 4,19 кДж*м3/С.

- температурный перепад теплоносителя с подводом и без подвода теплоты.

Количество теплоты выработанное ТГ приведено в таблице 3.13

Таблица 3.13 - Количество теплоты выработанное ТГ

расход	№ сечения	G, м3/ч					Qвых1, Вт	Qвых2, Вт
При Q1=1м3/ч	1	2.725	30	70	342.53	799.24	1689.28	13216.91
	2	2.725	30	70	342.53	799.24	1689.31	13217.61
	3	2.725	30	70	342.53	799.24	1704.02	13551.00
	4	2.725	30	70	342.53	799.24	1729.01	14117.46
При Q2=2м3/ч	1	5.45	30	70	685.07	1598.49	3081.28	19695.67
	2	5.45	30	70	685.07	1598.49	3055.05	19100.94
	3	5.45	30	70	685.07	1598.49	3084.42	19766.81
	4	5.45	30	70	685.07	1598.49	3160.74	21496.78
При Q3=3м3/ч	1	8.175	30	70	1027.60	2397.73	4202.48	20036.01
	2	8.175	30	70	1027.60	2397.73	4097.37	17653.57
	3	8.175	30	70	1027.60	2397.73	4141.34	18650.13
	4	8.175	30	70	1027.60	2397.73	4321.67	22737.68

Q1, Q2, Q3 - расходы жидкости, м³/ч, взятые из характеристик насоса (рис.3.8),

G - объемный расход жидкости, м3/ч

и - температурный перепад теплоносителя с подводом и без подвода теплоты.

и - тепловая энергия теплоносителя, Дж, при температурных перепадах и соответственно.

Q1 и Q2 - количество теплоты выработанное ТГ при нагреве до 50⁰С и до 90⁰С.

Вывод: Проведен эксперимент с блоком №1 децентрализованной системы теплоснабжения с электродным источником теплоты. Определено количество суммарной тепломеханической энергии переносимой теплоносителем в проточной части ТГ таблицы 3.12.

3.1.1 Определение эквивалентного количества теплоты, выделяемое одним ТВэЛом

Закон Джоуля-Ленца в электронной теории.

Энергия, накапливаемая электронами, при столкновениях передается ионам кристаллической решетки. Полная энергия, выделяющаяся в единицах объема за единицу времени, равна:

. (3.14)

Это есть закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

Если однородный цилиндрический проводник имеет длину l и поперечное сечение S, то мощность P, выделяемая в объеме V=lS:

, (3.15)

Где R - полное сопротивление проводника;

Q - количество теплоты эквивалентное подаваемой электрической форме энергии;

- удельное сопротивление проводника;

U - напряжение на концах цилиндрического проводника;

; ; , (3.16)

Это выражение закона Джоуля-Ленца в интегральной форме.

Где

l=0,15 м. - длина твэла;

d=0,016 м - диаметр твэла;

S=0,000201 - площадь поперечного сечения проводника;

V=0,00003 - объем цилиндрического проводника;

- плотность железа.

Мощность, выделяемая в объеме V равна:

(3.17)

Тогда общая мощность по формуле 3.16 равна (3.17), при U=210В, I=0,2 А

(3.18)

4. Общие сведения о проведении лабораторного практикума

Выявление связи между теплоэнергетическим устройством и окружающей средой осуществляется посредством представления ТС в виде "источник энергии - приёмник", где источником энергии является тепло-, механо-, аэрогидравлическая установка, предназначенная для создания условий комфортности в климатизируемом объеме (пространстве), которое, в свою очередь, является приемником энергии.

4.1 Инструкция по проведению опытов

Лабораторная работа выполняется группой студентов в количестве 10-14 человек под руководством преподавателя. В начале занятия студенты опрашиваются преподавателем по теории соответствующей лабораторной работы и порядке её выполнения, которые коротко изложены в настоящих методических указаниях. По окончании эксперимента результаты наблюдений, оформленные в виде таблиц, предъявляются преподавателю.

При выполнении очередной работы студенты должны представить преподавателю отчет по предыдущей работе.

Отчет по каждой лабораторной работе, в который входит как текстовая так и графическая части, должен грамотно оформляться на стандартных листах белой бумаги А4 (210х297 мм), сброшюрованных с титульным листом (см. образец) в соответствии с ГОСТ 19600-74 и на твердых носителях информации. В печатном варианте отчет должен быть отпечатан либо через один, либо полтора межстрочных интервала, одновременное использование двух вариантов не допускается. Нумерация страниц оформляется по центру внизу страницы. По всем четырем сторонам листа следует оставить поля: размер левого поля 30 мм, правого 15 мм, верхнего и нижнего полей не менее 20 мм. Текстовые документы оформляют в виде сброшюрованной пояснительной записки. В сквозную нумерацию страниц включаются приложения и список литературы, а также исполненные на отдельных листах рисунки, графики, диаграммы, таблицы и компьютерные распечатки формата А4.

В отчете должны быть отражены следующие пункты:

1. цель работы и задачи исследований;

2. краткое изложение теории по сути исследований;

3. принципиальная схема лабораторной установки или ее участка с краткими пояснениями о ее функционировании;

4. таблицы с результатами наблюдений и методология последующей математической их обработки;

5. графическая иллюстрация главных положений по результатам расчетно-экспериментальных исследований;

6. основные выводы, непосредственно вытекающие из результатов работы.

Над каждым столбцом в таблице необходимо указать, какие величины приведены в таблице и в каких единицах.

Графический материал, приведенный в отчете, должен удовлетворять следующим требованиям:

графики выполняются в электронном виде и распечатываются на отдельных листах бумаги;

графики должны быть занумерованы и иметь названия;

если на одном графике приводятся результаты нескольких экспериментов, отличающихся условиями их проведения или опытными образцами, то для отметки экспериментальных точек следует пользоваться различными значками;

графики должны сопровождаться объяснениями обозначений нанесенных точек;

на осях графика следует указывать название или символ величины и единицы ее измерения, при этом, если измеряемые величины отличаются на много порядков от 1, то целесообразно представить их в форме с десятичным множителем (например, P*10^-5 Па и т.д.);

если на графике для сравнения с экспериментом приводится теоретическая кривая, то расчетные точки, используемые для ее построения, не должны быть видны на графике;

кривые должны быть проведены плавно, через возможно большее число точек.

Графики должны быть наглядными, удобными и легко читаемыми. Это во многом зависит от удачной разметки осей графика, т.е. от правильного выбора масштаба и диапазона (интервала), в котором представляется исследуемая величина. Масштаб должен быть простым. Лучше всего, когда одному сантиметру (1 см) оси соответствует единица измеренной величины или ее значение, кратное 10. Возможен также масштаб, кратный 2 или 5.

Выбор начального и конечного значения шкалы на осях производится из условий более полного использования всего поля графика.

4.2 Алгоритм включения ЭТКГ в работу

1. Формирование таблиц экспериментальных данных и разбиение на подгруппы;

2. Регулировка арматуры для работы необходимого циркуляционного контура;

3. Заполнение установки сетевой водой до давления в верхнем манометре, заданного преподавателем (от 0,1 до 0,3) с помощью открывания шарового крана, расположенного на трубопроводе, соединенного с системой отопления;

4. Включить в сеть установку (включить подачу электрической энергии на установку) (на 3-хфазном выключателе поднять вверх рычажки желтого и зеленого цвета);

5. Задать на блоке автоматики температуру нагрева, заданную преподавателем (от 0 до 100), и поднять вверх рубильник, после чего начнет работать теплогенерирующая установка;

6. Настроить насос на режим, заданный преподавателем (изменить угол поворота шарового крана от 0-90⁰);

7. Включить циркуляционный насос, заранее выбрав необходимую скорость его работы (переключение скоростей производить только при отключении подачи электрической энергии насосу);

8. Включить компьютеры (нажать на системном блоке кнопку "пуск");

9. На компьютере открыть программу 7018rec (из папки "эксперименты", находящейся на рабочем столе);

10. Запускается специальное приложение "7018rec" на компьютере (путь к файлу С: \лабораторная работа\эксперимент\7018rec), с помощью которой происходит сохранение данных, полученных термопарами, подключенными к блоку "ТГ" и блоку "Конвекторы". Настройка программы постоянна (не изменять).

11. Включить кнопку "startrecord" для фиксации показаний термопар, убедившись в том, что термопары отображаются в программе виде галочек напротив названий термопар.

12. При отсутствии галочек в ячейках напротив названий термопар в программе, необходимо проверить включен ли блок АЦП, не нарушился ли контакт в месте соединения кабеля от блока питания с проводом от АЦП (показатель работы АЦП-горящие красным цветом кнопки на блоках). Если кнопки горят, но термопары не отображаются, тогда надо зайти в свойства "мой компьютер", далее зайти в "оборудование", найти "порты", проверить, что помимо работающего порта принтера и порта кабеля от АЦП больше нет работающих портов (при наличии удалить), и проверить, что порт от кабеля блока АЦП является портом COM-1, если порт с другим обозначением, тогда зайти в свойства порта и изменить на COM-1 и перезагрузить компьютер.

13. Снять показания при начальных условиях (показания с манометров, расходомера, амперметра, температур ограждения, тепловыделяющих устройств в помещении и т.д.)

14. Обработать матрицы экспериментальных данных;

15. Выполнить расчеты, заданные преподавателем.

Примечание: для того, чтобы обработать данные, полученные блоками АЦП, необходимо открыть записанный файл (он автоматически сохраняется в папке с программой и определить его можно по дате сохранения/изменения) в программе MSEXCEL. Для начала открывают программу и потом с помощью следующих операций: "файл" далее "открыть" далее изменить формат поиска файлов на "все форматы" найти путь сохранения файла и открыть его. После чего появляется окно, в котором ничего не изменяя нажимать "далее" пока не появится таблица с данными. В появившейся таблице будет ~9 столбцов, первый из которых "Время" а остальные столбцы - это данные термопар с нулевой по седьмую. Далее выделяется область данных (полностью), например с помощью команды сtrl+А и выполняют команду ctrl+F. Далее переходят в открывшемся окне во вкладку "Найти и заменить" и прописывают в первой ячейке знак запятой "," а в нижней ячейке знак точки".". После чего полученные данные необходимо оформить в виде температур (за исключением показания первого столбца) следующим образом: на пустой ячейке пишут знак "=" и вводят следующую формулу: 24,53*x+27,3, где x-показания термопар.

4.3 Механическая энергия теплоносителя в сечениях ЭТГ

Мощность в любом живом сечении проточной части ЭТГ находится по уравнению (4.1)

, Вт, (4.1)

Где Н - напор на единицу весового расхода, м,

- весовой расход жидкости, н/с, - ускорение свободного падения, м/сек.2.

, (4.2)

Где

- удельный вес жидкости, Н/ м³, - плотность,

- объемный расход жидкости, м³/с.

Полный напор для расхода теплоносителя через сечение №1 равен:

(4.3)

Массовый расход теплоносителя равен:

. (4.4)

Мощность теплоносителя в сечении ЭТГ равна:

. (4.5)

Для нахождения механической энергии в сечениях проточной части электродного котла пользуемся формулой (4.6):

(4.6)

Принимаем время эксперимента -время, ( ), тогда для расхода теплоносителя и сечения №1 таблица 3.8 имеем:

. (4.7)

. (4.8)

Результаты расчета механической энергии для каждого сечения котла приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Определение механической энергии теплоносителя

Расход	№ сечения	N, Вт	Емех1, Дж	Емех2, Дж	? Емех1, Дж	? Емех2, Дж
При Q1=1м3/ч	1	8,44	177,4	3100,7	618,05	10801,23
	2	8,17	171,7	2999,96
	3	7,78	163,5	2856,5
	4	5,02	105,5	1844,1

Е_мех1, Е_мех2 - механическая форма энергии в двух процессах в теплоносителе в каждом сечении ЭТГ, в Дж.

Процессы идут во времени за 21 сек и 367 сек соответственно.

4.4 Тепловой баланс котла

В основу анализа процесса нагрева воды в электродном котле (рис. 1) может быть принята теория нагрева идеального однородного тела, под которым понимается тело с равномерным рассеиванием теплоты со всей поверхности и равномерным распределением температуры по объему.

Рассмотрим тепловой баланс электродного котла и на его основе составим дифференциальное уравнение. Пусть в единицу времени в воде выделяется количество теплоты

,

где - электрическая мощность, Вт. Тогда за бесконечно малый промежуток времени количество теплоты будет идти на нагрев воды Q₁ и частично отдаваться во внешнюю среду Q₂.

Тепловой баланс электродного котла представим в виде уравнения (4.9):

Q=Q₁+Q₂ (4.9)

Если за время температура воды повысилась на , то за это время в воде накопилась теплота

,

где - масса воды, кг и - ее удельная теплоемкость, Дж/кг·⁰С, - изменение температуры воды в промежуток времени t₁<t< t₂, определяется по формуле:

, ⁰С.

Если за этот же промежуток времени превышение температуры электродного котла над окружающей средой равно , то количество теплоты, отдаваемого в окружающее пространство за время , будет равно

,

где - площадь охлаждаемой поверхности электродного котла, м²; - коэффициент теплоотдачи с поверхности, Вт/ (мІ·⁰С), U - температура воды, ⁰С, v - температура воздуха в помещении, ⁰С.

Тогда уравнение теплового баланса примет вид:

, (4.10)

где в левой части выделяемая теплота, а в правой 1 - доля потребляемая на нагрев воды, и 2 - доля, теряемая в окружающее пространство;

где б - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки котла воздуху в помещении, Вт/ (м²*⁰С).

Количество теплоты, выделяемое в котле.

Таблица 4.2 - Экспериментальные данные по потреблению электрической энергии и характеристике электрической сети

Интервал проведения измерений	Напряжение на клемме эл. насоса	Напряжение на клемме 1 ТВэЛа	Напряжение на клемме 2 ТВэЛа	Напряжение на клемме 3 ТВэЛа	Сила тока на клемме эл. насоса	Сила тока на клемме 1 ТВэЛа	Сила тока на клемме 2 ТВэЛа	Сила тока на клемме 3 ТВэЛа	Кол-во эл. энергии на клеммах эл. насоса	Кол-во эл. энергии на клеммах ТГ	Кол-во эл. Энергии суммарное	Суммарная мощность на 3х фазах	Мощность на 1 фазы	Мощность на 2 фазы	Мощность на 3 фазы
Режим работы системы	ф	U1	U2	U3	U4	I1	I2	I3	I4	N1	N2	N3	P	P1	P2	P3
	сек	В	В	В	В	А	А	А	А	кВт*ч	кВт*ч	кВт*ч	Вт	Вт	Вт	Вт
Отключенное состояние	0	0,01	0	0	0	0	0	0	0	1	3,7	2,86	29,57	14,74	7,58	7,23
Работает только насос	0	227	0	0	0	0	0	0	0	1	3,7	2,86	54,33	32,36	15	7,12
Начало эксперимента	0	227	0	0	0	0	0	0	0	1	3,7	2,86	54,33	32,36	15	7,12
	15	217	210	218	216	0	0,2	0,17	0,2	1	3,9	3,03	570	140	200	230
	315	227	0	0	0	0	0	0	0	1	3,7	2,86	54,33	32,36	15	7,12
	340	215	208	217	214	0	0,24	0,21	0,23	1	4	3,9	-	170	210	270
Конец эксперимента	640	227	0	0	0	0	0	0	0	1	3,7	4	54,33	32,36	15	7,12

Количество теплоты, воспринимаемое водой в проточной части котла.

Положим, что в эксперименте обследованы два процесса нагрева от 20 до 50°С теплоносителя за время 21 сек., и от 20 до 90°С. за время 367 сек.

В общем случае в процессах описываемых равновесной термодинамикой для нахождения полной (тепломеханической формы) энергии, вырабатываемой электродным котлом, используется феноменологическое выражение для первого начала термодинамики (4.11).

, (4.11)

тогда принимая L = Е_мех - механической энергии, Дж, получим - Е_{т. м.} внутренняя тепломеханическая форма энергии теплоносителя. Для разных временных процессов нагрева получим формулы

, (4.12)

, (4.13)

гдеQ - объемный расход жидкости, м3/ч,

Ср - объемная теплоемкость теплоносителя (воды), 4,19 кДж/м3°С.,

- температурный перепад в теплоносителе в ⁰C.

Расчеты по (4.12), (4.13) приведены в таблице 4.3 С учетом данных таблицы 4.2 получаем ,-соответствующие тепломеханические формы энергии, таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Распределение тепломеханической энергии по сечениям проточной части

Расход	№ сечения					Емех1, Дж	Емех2, Дж	, Дж	, Дж
При Q1=1м3/ч	1	30	70	733,25	29900,31	177,4	3100,7	910,7	33001
	2	30	70	733,25	29900,31	171,7	2999,9	904,9	32901
	3	30	70	733,25	29900,31	163,5	2856,5	896,7	32757
	4	30	70	733,25	29900,31	105,5	1844,1	838,8	31744

Количество теплоты, выделяемое в помещение от стенки котла

На основании экспериментальных данных по плотности теплового потока (таблица 4.3) определяем количество теплоты, отданное от стенки ТГ помещению по формуле (4.14).

, Вт, (4.14)

Где q - плотность теплового потока, Вт/м2;

F - площадь поверхности корпуса ТГ, м2.

Результат расчета количества теплоты, отданного от стенки ТГ помещению представлен в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Результаты расчета количества теплоты отданного от стенки ТГ помещению

	q1, Вт/м2	q2, Вт/м2	q3, Вт/м2	q4, Вт/м2	qср, Вт/м2	F, м2	Q, Вт
откл. сост.	-2	-2	-1	0	-1.25	0.092	-0.115
раб. нас.	-1	-4	-3	-1	-2.25		-0.207
нагрев до 50	2	8	6	3	4.75		0.437
5мин	1	3	2	1	1.75		0.161
нагрев до 90	4	9	7	3	5.75		0.529
через 5 минут	3	9	7	3	5.5		0.506

Вывод: В данной главе представлено исследование работы теплогенератора в динамическом режиме. По условиям эксперимента осуществлялась подача электрического тока на 3 ТВЭла, насос работал на 3 скорости и рабочим контуром являлась циркуляция теплоносителя через конвектор №3 (параллельный). Проведены измерения геометрических параметров блока №1 (теплогенератор). В ходе эксперимента единовременно измерялись следующие параметры с помощью приборной базы (см. главу 2):

Температуры теплоносителя в проточной части ТГ по сечениям (таблица 4.1) и (рисунок 4.1)

Температуры и плотность теплового потока наружной поверхности ТГ (таблица 4.2)

По результатам эксперимента были проведены расчеты:

Площади сечения теплогенератора (таблица 4.1)

Средние скорости теплоносителя по сечениям ТГ при различных расходах (таблица 4.1-4.4);

Коэффициенты гидравлического трения -сопротивления для участка трубы, зависящие от числа Рейнольдса (таблица 3.10; 3.17)

Потери напора по длине от сечения к сечению для текущего теплоносителя по формуле 4.7 (таблица 4.3);

Мощность и напор в каждом из сечений по формулам 4.9-4.11 (таблица 4.4);

Механическая энергия по сечениям 1,2,3,4 ТГ по формуле 4.2 (таблица 4.2);

Количество теплоты выработанное ТГ по формуле 4.7 (таблица 4.3);

Эквивалентное количеств теплоты, выделяемое одним ТВЭлом (глава 4.2);

Количество теплоты отдаваемое поверхностью ТГ помещению (таблица 4.4).

В результате сравнения получается, что механические энергии, рассчитанные по паспорту Е2=11831.636Дж и экспериментально Е2=11775,815Дж незначительно отличаются.

4.5 Расчет коэффициента эффективности электродного котла

Определим эффективность работы конвектора с помощью удельного коэффициента энергетического состояния [13]:

K=Qр. э. / (tнар. пов. *Sконв.), (4.15)

гдеK - коэффициент эффективности работы ТГ, Вт/ (м²*град);

Q_{р. э. -} количество теплоты (расчетно-экспериментальное по табл. 3.21

S_конв - площадь ТГ, м²;

t_{нар. пов. -} усредненная температура по поверхности теплогенератора, град.

Расчёт предоставлен в таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Расчёт коэффициента эффективности незначительно отличаются

Время ф, с	S, м2	Q, Вт	t ср	K
0	0,092	-0,115	20,25	-0,061728395
0		-0, 207	19,625	-0,114649682
15		0,437	28	0,169642857
315		0,161	29,25	0,05982906
340		0,529	34,875	0,164874552
640		0,506	35,375	0,155477032

Рисунок 4.1 - График зависимости коэффициента эффективности от времени.

4.6 Исследование зависимости КПД электрического насоса от расхода жидкости

При подборе насоса экспериментально строим рабочую точку параметров работы сети и насоса. Регулировка системы выполняется в ручную двумя способами. К первому относится переключение скоростей на насосе Grundfos, и второе поворот ручки шарового крана установленного после насоса. Таким образом для одной схемы подключения стенда имеется 12 рабочих точек отмеченных на рис. 4.5. Ниже представлены характеристики режима Рассмотрим систему, работающую без баков через конвекторы:

скорость насоса - III

Режим №1 рукоятка крана повернута на 70?С

Н=4,9 м. вод. ст. G=780кг/ч.

III-1 - первая рабочая точка

Режим №2 рукоятка крана повернута на 30?С

Н=4,5м. вод. ст. G=964,8кг/ч.

III-2 - вторая рабочая точка

Режим №3 рукоятка крана повернута на 90?С. Кран в открытом положении

Н=3,8м. вод. ст. G=1296кг/ч.

III-3 - третья рабочая точка

скорость насоса - II

Режим №1 рукоятка крана повернута на 70?С

Н=4,25м. вод. ст. G=648кг/ч.

II-1 - четвертая рабочая точка

Режим №2 рукоятка крана повернута на 30?С

Н=3,8м. вод. ст. G=918кг/ч.

II-2 - пятая рабочая точка

Режим №3 рукоятка крана повернута на 90?С. Кран в открытом положении

Н=3,45м. вод. ст. G=1260кг/ч.

II-3 - шестая рабочая точка

скорость насоса - I

Режим №1 рукоятка крана повернута на 70?С

Н=3,2м. вод. ст. G=540кг/ч.

I-1 - седьмая рабочая точка

Режим №2 рукоятка крана повернута на 30?С

Н=2,75м. вод. ст. G=792кг/ч.

I-2 - восьмая рабочая точка

Режим №3 рукоятка крана повернута на 90?С. Кран в открытом положении

Н=2,4м. вод. ст. G=1008кг/ч.

I-3 - первая рабочая точка

Наносим данные на графики и строим кривые зависимостей напора от расхода. Накладываем характеристику сети на характеристику насоса и находим рабочую точку (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Характеристика насоса Grudnfos UPS 25-60

Зная напорную характеристику Н и величину перекачиваемой жидкости G, можно найти механическую мощность насоса Рмех.

Рмех=Н*G*g, Вт, (4.16)

Где Н - напор жидкости, м. вод. ст.; G - расход жидкости, кг/с; g - ускорение свободного падения, м/с². График зависимости мощности от расхода для насоса марки Grunfos UPS 25-60 приведена на рисунке 4.4

Рисунок 4.4 - График зависимости мощности насоса Grudnfos UPS 25-60 от расхода

Электрическая мощность - Р^эл_пр, которая подается непосредственно на вал насоса, меньше механической на величину КПД, и находится по формуле:

, (4.17)

Где Р_мех - механическая мощность насоса, Вт;

з - коэффициент полезного действия насоса.

КПД циркуляционных насосов марки Grundfoss 25-60 180A не превышает обычно 25%. График зависимости КПД от расхода жидкости приведен на рисунке 4.5

Рисунок 4.5 - График зависимости КПД насоса от расхода жидкости

5. Компьютерное моделирование

5.1 Описание программы Ansys Fluent

Программный модуль ANSYS FLUENT имеет широкий спектр возможностей моделирования течений жидкостей и газов для промышленных задач с учетом турбулентности, теплообмена, химических реакций. К примерам применения FLUENT можно отнести задачи обтекания крыла, горение в печах, внешнее обтекание нефтедобывающих платформ, течение в кровеносной системе, конвективное охлаждение сборки полупроводника, вентиляция в помещениях, моделирование промышленных стоков. Специализированные модели горения, аэроакустики, вращающихся/неподвижных расчетных областей, многофазных течений серьезно расширяют области применения базового продукта. FLUENT - это удобный, отказоустойчивый инструмент, позволяющий даже новичкам достигать высокой производительности труда. Интеграция модуля ANSYS FLUENT в рабочую среду ANSYS Workbench, а также возможность использования модуля ANSYS CFD-Post для обработки результатов создает комплексное решение для выполнения инженерного анализа в области моделирования течений жидкостей и газов.

Технология ANSYS FLUENT является лидером по числу сложных физических моделей, предлагаемых для расчетов на неструктурированных сетках. Представлены наборы элементов различных форм: четырехугольники и треугольники для двумерных расчетов, гексаэдры, тетраэдры, полиэдры, призмы, пирамиды для трехмерных расчетов.

Сетки можно строить при помощи инструментов компании ANSYS или при помощи инструментов сторонних производителей. FLUENT включает в себя сложные числовые отказоустойчивые решатели, в том числе сопряженный решатель с алгоритмом на основе давления, расщепленный решатель с алгоритмом на основе давления и два решателя с алгоритмами на основе плотности, что позволяет получать точные результаты для практически любого течения.

5.1.1 Последовательность моделирования, граничные условия

1) Запуск Ansys Worbench

2) Сохранение проекта в папку с новым проектом

3) Добавляем модуль Geometry, нажав двойным щелчком кнопку Geometry в окне Component Systems.

4) Запускаем Design Modeler двойным щелчком по знаку вопроса в окне Geometry.

5) Рисуем 3D модель электродного котла.

5.1) Нажимаем на систему координат XYplane.

5.2) Переходим во вкладку Scetching.

5.3) Нажимаем на кнопку Circle.

5.4) Рисуем окружность произвольного радиуса из центра оси координат.

5.5) Переходим во вкладку Dimensions.

5.6) Нажимаем на кнопку Diameter.

5.7) Нажимаем на периметр окружности и выставляем выноску в произвольную точку.

5.8) Задаем диаметр окружности (выходного канала) в поле D1 согласно исходным данным, нажимаем кнопку Generate и масштабируем область до момента, когда диаметр заполнит экран.

5.9) Рисуем 3D модель входного патрубка.

5.9.1) Нажимаем на кнопку Extrude.

5.9.2) Задаем длину трубопровода в поле FD1, Depth>1

5.9.3) Нажимаем Generate.

5.10) Выбираем систему координат ZXplane во вкладке Modeling и нажимаем кнопку New Plane.

5.11) В окне Details View в поле Transform 1 (RMB) нажимаем на кнопку Offset X и в поле FG1, Value1 задаем смещение системы координат вдоль оси X и нажимаем на кнопку Generate.

5.12) Выбираем созданную систему координат Plane 4 во вкладке Modeling и нажимаем кнопку New Plane.

5.13) В окне Details View в поле Transform 1 (RMB) нажимаем на кнопку Offset Z и в поле FG1, Value1 задаем смещение системы координат вдоль оси Z и нажимаем на кнопку Generate.

5.14) Рисуем окружность с заданным диаметром из центра новой системы координат.

5.15) Рисуем 3D модель проточной части электродного котла.

5.16) Выбираем созданную систему координат Plane 5 во вкладке Modeling и нажимаем кнопку New Plane.

5.17) В окне Details View в поле Transform 1 (RMB) нажимаем на кнопку Offset Z и в поле FG1, Value1 задаем смещение системы координат вдоль оси Z и нажимаем на кнопку Generate.

5.18) Рисуем окружность с заданным диаметром из центра новой системы координат.

5.19) Рисуем 3D модель выходного патрубка.

5.20) Аналогичным образом рисуем 3D модель электродов.

5.20.1) Нажимаем на Plane 5 и создаем новую систему координат с помощью кнопки New Plane.

5.20.2) В окне Details View в поле Transform 1 (RMB) нажимаем на кнопку Offset X и в поле FG1, Value1 задаем смещение системы координат вдоль оси X на 0,01 и нажимаем на кнопку Generate.

5.20.3) Нажимаем на Plane 9 и создаем новую систему координат с помощью кнопки New Plane.

5.20.4) В окне Details View в поле Transform 1 (RMB) нажимаем на кнопку Offset X и в поле FG1, Value1 задаем смещение системы координат вдоль оси X на 0,01734 и нажимаем на кнопку Generate.

5.20.5) Рисуем окружность (электрода) с заданным диаметром из центра новой системы координат.

5.20.6) Рисуем 3D модель проточной части электродного котла.

5.20.7) Нажимаем на кнопку Extrude.

5.20.8) Задаем длину трубопровода 0,15 в поле FD1, Depth>1.

5.20.9) Выбираем в поле Operation настройку Add Frozen.

5.20.10) Нажимаем Generate.

5.20.11) Аналогичным образом строятся остальные 3 электрода.

5.21) Объединяем 3 электрода с проточной частью.

5.21.1) Нажимаем на кнопку Boolean.

5.21.2) В окне Details View в поле Operation выбираем Substract.

5.21.3) Нажимаем на поле Target Bodies и нажимаем на проточную часть теплогенератора (кнопка Solid 1).

5.21.3) Нажимаем на поле Tool Bodies и выделяем 3 электрода (кнопка Solid 1).

5.21.4) Нажимаем Generate.

5.22) Разбиваем полученную модель на конечные элементы (создаем сетку).

5.22.1) Запускаем модуль Mesh.

5.22.2) Передаём данные из модуля Geometry в модуль Mesh.

5.22.3) Запускаем Meshing

5.22.4) Применяем следующие настройки сеткопостроителя:

5.22.4) Нажимаем на Generate.

5.23) Нажимаем на модуль Fluent и далее задаем граничные условия и запускаем решение.

5.23.1) Передаем в модуль Fluent данные из Mesh.

5.23.2) Нажимаем Update по модулю Mesh.

5.23.3) Запускаем Fluent.

5.23.4) Задаем граничные условия по заранее названным границам модели, которые должны задаваться в модуле Mesh (Inlet - вход, outlet - выход, wall - стенка).

5.23.5) Задаем следующие настройки и граничные условия для решения.

5.23.6) Запускаем инициализацию расчета (определяем начальное решение).

5.23.6) Запускаем расчет.

5.24) Вывод информации

5.24.1) Добавляем модуль Results и передаем результаты из Fluent

5.24.2) Осуществляем вывод необходимой информации

5.25) Расчеты были произведены для 3 видов геометрии при одинаковых граничных условиях:

без электродов;

с электродами, когда 1 электрод расположен напротив входного патрубка;

с электродами, когда 2 электрода расположены напротив входного патрубка.

5.2 Выводы

1. Анализ результатов показывает, что в первом случае соотношение входной и выходной форм энергии К1_пр=4.9 раза. Во втором случае входная энергия больше выходной и К2_пр=1.8 раза. В третьем случае в расчеты заложен ток 4А и входная энергия меньше выходной в и К3_пр=1.14 раза. Регулирование токовыми параметрами позволяет менять количество отдаваемой и принимаемой энергии в системе. Время переходного процесса очень мало, что повлияло на результаты измерений. Опытные данные и их обработка требуют проверки численных результатов расчета и путем проведения дополнительных экспериментов на режимах работы системы с такими параметрами.

2. Впервые разработана и экспериментально-расчетным путем построена для группы производственных энерготехнологических структур, составленных из набора нескольких установок в совокупности образующих систему децентрализованного теплоснабжения методика моделирования, позволяющая определять теплоэнергетическое состояние, в каждом локальном устройстве входящем ее состав.

3. Модель выделенной термодинамической системы отображает объект исследования через комплекс термодинамических и теплообменных параметров переходного процесса организованного нестационарностью его работы.

4. Найдены температурные и потоковые переходные полевые функции механической и тепловой форм энергии и их диссипативных составляющих характеризующих энергетическое пространства состояния ЭТГ.

5. Определены коэффициенты преобразования входной и используемых форм энергии в другие.

6. Разработана методика моделирования механических, тепловых и электрических процессов для комплекса "насос - теплогенератор".

7. Осуществлена модернизация установки и проверка работоспособности действующих методических положений служащих для ее эксплуатации в новых условиях.

8. Получены численные значения существующих форм взаимного превращения энергии.

9. Произведена оценка наличия полезного эффекта от использования электрической энергии.

10. Полученные в диссертационной работе научные результаты и выводы сравниваются путем экспертной оценки полученных от нескольких серий экспериментальных данных на натурной модели электротеплогидравлической системы. Сопоставление подведенной электрической форм энергии и суммарного потребляемого дает следующие коэффициенты преобразования. Для первых двух вариантов для сравнения взяты расчеты по измеренным экспериментальным параметрам электрической энергии с приборного электрического щита. Измерялись токи, напряжения, энергия подаваемая на ЭН и Твэлы.

11. Разработанная методика расчета и данные экспериментальных лабораторных исследований использованы для модернизации и экспериментально-вычислительного комплекса создаваемого в лаборатории №4 кафедры ТГВ и используются в учебном процессе.

12. Методы исследования - методы системного анализа, неравновесной и феноменологической термодинамики с применением численного и натурного моделирования теплофизических процессов в технике и эксперименте.

13. Научные результаты и теоретические положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции Вузы региону.

14. По теме диссертации опубликована одна печатная работа.

6. Экономическая часть

6.1 Постановка проблемы

Проведем анализ стоимости рассматриваемых электродных котлов по данным фирм-производителей.

Расчёт тепловой мощности электродных котлов производится по формуле 6.1.

, , (6.1)

где - номинальная мощность (по паспорту), кВт;

- КПД устройства.

Коэффициент полезного действия электродных котлов принят равным 98% (исходя из паспортных данных).

Представим данные фирм-производителей в табличной форме.

Таблица 6.1 - Данные фирм производителей

Фирма	Модель	Номинальная мощность P ном, кВт	Номинальное напряжение, В	Отапливаемое помещение, м3	Цена, руб	КПД	Тепловая мощность P вых, кВт
Галан	Котел ГАЛАН ОЧАГ-2 (N) (2 кВт)	2	220	75	3900	0,98	1,96
	Котел ГАЛАН ОЧАГ-3 (N) (3 кВт)	3	220	125	3950	0,98	2,94
	Котел ГАЛАН ОЧАГ-5 (N) (5 кВт)	5	220	175	4000	0,98	4,9
	Котел ГАЛАН ОЧАГ-6 (N) (6 кВт)	6	220	200	4050	0,98	5,88
	Котел ГАЛАН Гейзер-9 (9 кВт)	9	380	375	7500	0,98	8,82
	Котел ГАЛАН Гейзер-15 (15 кВт)	15	380	550	7800	0,98	14,7
	Котел ГАЛАН Вулкан-25 (25 кВт)	25	380	875	8000	0,98	24,5
	Котел ГАЛАН ВУЛКАН-36 (36 кВт)	36	380	1200	10800	0,98	35,28
	Котел ГАЛАН ВУЛКАН-50 (50 кВт)	50	380	1700	12950	0,98	49
"Электрокотлы"	ЭОУ 1/2	2	220	120	6000	0,98	1,96
	ЭОУ 1/3	3	220	180	6100	0,98	2,94
	ЭОУ 1/4	4	220	240	6200	0,98	3,92
	ЭОУ 1/5	5	220	300	6300	0,98	4,9
	ЭОУ 1/6	6	220	360	6400	0,98	5,88
	ЭОУ 1/7	7	220	420	6500	0,98	6,86
	ЭОУ 1/8	8	220	480	6600	0,98	7,84
	ЭОУ 1/9	9	220	540	6700	0,98	8,82
	ЭОУ 1/10	10	220	600	6800	0,98	9,8
	ЭОУ 1/12	12	220	750	6900	0,98	11,76
	ЭОУ 3/6	6	380	360	12000	0,98	5,88
	ЭОУ3/9	9	380	540	12500	0,98	8,82
	ЭОУ3/12	12	380	750	13000	0,98	11,76
	ЭОУ3/15	15	380	900	13500	0,98	14,7
	ЭОУ3/18	18	380	1080	14000	0,98	17,64
	ЭОУ3/21	21	380	1260	14500	0,98	20,58
	ЭОУ3/24	24	380	1440	15000	0,98	23,52
	ЭОУ3/27	27	380	1620	15500	0,98	26,46
	ЭОУ3/30	30	380	1800	16000	0,98	29,4
	ЭОУ3/36	36	380	2250	16500	0,98	35,28
	ЭОУ3/60	60	380	3600	41000	0,98	58,8
	ЭОУ3/90	90	380	5400	46000	0,98	88,2
	ЭОУ ?3/120	120	380	7200	51000	0,98	117,6
Фисенко	Фисенко 3 кВт	3	220	210	4400	0,98	2,94
	Фисенко 6 кВт	6	380	360	6900	0,98	5,88
	Фисенко 9 кВт	9	380	540	7200	0,98	8,82
	Фисенко 18 кВт	18	380	1080	14500	0,98	17,64

На рисунке 6.1 а) и рисунке 6.1 б) показаны зависимости стоимости электродных котлов от тепловой мощности в ценах 2016 года.

а)

б)

Рисунок 6.1 - Зависимость стоимости электродных котлов от тепловой мощности с учетом КПД = 98%

Как видно из рисунка 6.1 а) и рисунка 1.6 б), самой низкой стоимостью обладают электродные котлы фирмы "Галан". Цены начинаются от 3700 р.

Исследования проведены на базе информации от фирм-производителей. В технической документации к электродным котлам значения КПД равны 98%, а также в технической документации представлены зависимости отапливаемого объема помещений от мощности устройств. В среднем необходимая мощность для нагрева 1 м³ составляет 19 Вт.

В связи с этим представляет интерес теоретические, натурные и компьютерные исследование работы электродных котлов, с целью определения фактических параметров их работы.

7. Автоматизация

7.1 Описание схемы электропитания лабораторного стенда

Рассмотрим алгоритм включения в работу лабораторно-вычислительного комплекса с источником теплоты в виде электродного котла (см. рис. 7.1).

Рисунок 7.1 - Схема автоматизации лабораторного стенда

Для того, чтобы подать напряжение к щиту управления, необходимого для работы системы мониторинга изменения параметров электрической цепи и системы аварийного отключения подачи электрической энергии в систему, необходимо включить SA1. Помимо SA1, который включает приборы на панели щитка внутри электрического шкафа установлено еще 4 выключателя:

1) SA2 - включение насоса;

2) SA3 - включение фазы L1 для подачи электрического тока на первый ТВЭл;

3) SA4 - включение фазы L2 для подачи электрического тока на второй ТВЭл;

4) SA5 - включение фазы L3 для подачи электрического тока на третий ТВЭл.

На рисунке 1 изображен автоматический выключатель с магнитным пускателем и реле температуры, которая позволяет автоматически выключать подачу электрической энергии на лабораторный стенд. Также внутри электрического щита присутствует три электрических счетчика:

1) PH1 - счетчик электрической энергии, потребляемой электрическим насосом;

2) PH2 - счетчик электрической энергии, потребляемой теплогенератором;

3) PH3 - суммарный счетчик электрической энергии (PH1+PH2).

Перейдем к описанию приборов на:

На панели электрического щита расположено 8 приборов, отображающих силу тока и напряжение электрической сети:

1) первая группа A1 и В1 - амперметр и вольтметр, показывающие изменение силы тока и напряжение при работе электрического насоса;

2) вторая группа A2 и В2 - амперметр и вольтметр, показывающие изменение силы тока и напряжение при работе первого ТВЭла;

3) третья группа A3 и В3 - амперметр и вольтметр, показывающие изменение силы тока и напряжение при работе второго ТВЭла;

4) четвертая группа A4 и В4 - амперметр и вольтметр, показывающие изменение силы тока и напряжение при работе третьего ТВЭла;

Если на вольтметре B1 отображается цифра 220, это значит, что электрический насос находится под напряжением.

Если амперметр А1 показывает цифру, отличную от нуля, значит электрический насос начал работу по перекачиванию водного теплоносителя.

Перед включением SA1-SA2 необходимо поочередно или по заданию преподавателя включить 3P выключатель.

В процессе проведения лабораторных работ производить съем информации с помощью приборов внутри электрического щита и на его панели о потреблении электрической энергии и о изменении силы тока и напряжения через промежуток времени, заданный преподавателем.

7.2 Оценка погрешности измерения

При проведении лабораторного натурного эксперимента требуется проведение измерений. Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Теплотехнические измерения бывают прямые и косвенные. [25]

При прямом измерении значение величины находят сопоставлением ее с конкретной мерой или с помощью приборов, градуированных в единицах измерения искомой величины.

При косвенном измерении значение искомой величины У определяют из результатов прямых измерений величин X, связанных с У известной функциональной зависимостью.

При проведении экспериментальных работ в лаборатории имеется цель; получить численные значения той или иной гидравлической характеристики, (скорости, расхода, потери напора, коэффициентов различного типа и т.д.). Исполнителем должен быть поставлен вопрос: с какой погрешностью можно и замерять величины, определяющие искомую характеристику и какова будет ее точность.

Перед проведением эксперимента по выбранной методике и системе измерительных приборов производится предварительный анализ погрешностей опыта. К источникам возможных ошибок относятся следующие: применение измерительных приборов невысокого класса точности, неточная градуировка термопар, отклонение теплового режима работы установки от расчетного, недостаточно строгое выполнение граничных условий, с которыми связаны применяемые расчетные уравнения, неполный учет тепловых потерь и т.д.

Такие ошибки (неправильная градуировка и т.п.) носят систематический характер. Они легко устраняются путем тщательной проверки приборов и всей измерительной схемы или путем введения специальных поправок при обработке опытных данных. Ошибки опыта, носящие случайный характер, являются Принципиально неустранимыми. В некоторых случаях удается лишь уменьшить их численные значения.