Исследование работы ГЭТУ в режимеэлектрического нагрева воды в бойлере

Поскольку в данном режиме работы входящая в теплообменник воды поступает из нижней частибойлера–аккумулятора,а выходящая из теплообменника нагретая водав верхнюю часть бойлера– аккумулятора, то с течением времени температура входящей воды постепенно повышается, что приведет, в конечном итоге, к изменению коэффициента теплопередачи, а следовательно, к изменению передаваемого теплового потока. Таким образом, в данном случае коэффициенттеплопередачи и тепловая мощность являются функцией времени, т.е. К_то=f₁(τ), Р_то= f₂(τ).

На рисунках25 и 26показаны динамика изменения температур воды на входе и на выходе теплообменника и коэффициента теплопередачи теплообменников ТО1 и ТО2 соответственно при постоянном расходе нагреваемой воды.

Рисунок25– Динамика изменения температур воды на входе и на выходе теплообменника ТО1 и коэффициента его теплопередачи

Рисунок26–Динамика изменения температур воды на входе и на выходе теплообменника ТО2 и коэффициентаего теплопередачи

Как видно из рисунков, по мере повышения средней температуры воды в теплообменнике сначала К_отплавно повышается до максимального значения, а затем происходитпостепенное его уменьшение в результате снижения степени нагрева.

При этом средневзвешенные значения К_от теплообменников ТО1 и ТО2 за период нагревасоставляют соответственно1168,99 Вт/м²·ºС и 1843,79 Вт/м²·ºС.

На рисунке 27представленадинамика изменения температурыводы вверхней и нижней частях бака–аккумулятора, на входе и выходе ТО2 с меньшей поверхностью теплообмена, а также мощностипароводонагревателя.

Т_т.вхтемпература на входе ТО2;

Т_т.вых– температура на выходе ТО2;

Т_б.нтемпература воды в нижней части БА;

Т_б.втемпература воды в верхней части БА;

Рмощность пароводонагревателя.

Рисунок27–Динамика изменения температурводы в БА иТО2 и мощности

Как видно рисунка 27, в течение периода нагрева мощность снижается от максимального значения 24,9 кВт до 8,7 кВт.Причем, характер изменения мощности таков, что резкое ее снижение в определенном промежутке времени чередуются с ее постоянством в следующем промежутке времени. Такой же характер имеют графики температур, но резкое повышение в определенном промежутке времени чередуются с ее постоянством в следующем промежутке времени. Это объясняется тем, что в результате принудительной циркуляции весь объем воды, находящейся в БА, несколько раз проходит через теплообменник.Когда первый раз проходит весь объем воды, она нагревается до определенной температуры, отличающейся от первоначальной. Поэтому, когда второй раз этот же объем воды проходит через теплообменник ТО2, тотуда поступает вода уже с повышенной температурой. Это вызывает резкое снижение мощности, а затем ее стабилизацию на более низком уровне в течение времени, пока данный объем воды полностью не пройдет через теплообменник.

Анализ данных показывает, что при использовании ТО2 с меньшей поверхностью теплообмена продолжительность (τ) нагрева воды в БА от20 ºСдо 82 для ºС составляет τ=115 мин (1,92 ч), средняямощность Р_ср=19,6 кВт, к.п.д η=0,97.

На рисунке 28представлена динамика изменения температур и мощности при использовании ТО1с большей поверхностью теплообмена для нагреваводы вБА. Характеры изменения мощности и температур такиеже, как в предыдущем случае. Продолжительностьнагрева воды в БА

от23 ºСдо 82 для ºС составляет τ=105 мин (1,75 ч), средняямощность Р_ср=20,2 кВт, к.п.д η=0,97.

Исследование работы ГЭТУ в режиме одновременной работе двух теплообменников

На рисунке 29 показана динамика изменения температур воды в двух баках–аккумуляторах (БА1 и БА2)одинаковой вместимости(500 л) при одновременной работе двух теплообменников (ТО1 и ТО2) и одинаковых расходах (в среднем 12 л/мин) циркулируемыхв контурах вод. Причем, первый бак–аккумулятор(БА1) подключен к ТО1 с большей поверхностью теплообмена, а другой (БА2)к ТО2 с меньшей поверхностью теплообмена.

Анализпоказывает, что при одновременной работе теплообменниковпродолжительностьнагрева воды в БА1 и БА2от20 ºСдо 80 ºСсоставляетτ=180 мин (3 ч) и τ =240 мин (4 ч)соответственно.

Динамика изменения степеней нагрева воды в соответствующих теплообменниках и потребляемой ими мощности, а также общей мощности

показана на рисунке 30. Как видно из графиков, в течение первого часа примерно 2/3 общей мощности потребляется ТО1 с большей поверхностью теплообмена, а 1/3ТО2 с меньшей поверхностью теплообмена.

Т_т.вхтемпература на входе ТО1;

Т_т.вых– температура на выходе ТО1;

Т_б.нтемпература в нижней части БА;

Т_б.втемпература в верхней части БА;

Рмощность пароводонагревателя.

Рисунок 28–Динамика изменения температурводы в БА иТО1 и мощности

Т_б1.нтемпература воды в нижней части БА1;

Т_б1.втемпература воды в верхней части БА1;

Т_б2.нтемпература воды в нижней части БА2

Т_б2.в– температура воды в верхней части БА2

Рисунок 29– Динамика изменения температуры водыв баках–аккумуляторах при одновременной работе теплообменников

При этом степень нагрева воды в ТО1 колеблется около 17,5 ºС, а в ТО210,8 ºС.В течение второго часа, когда в ТО1 начинает поступать нагретая в предыдущем часу и достигшая в нижнюю часть БА1 вода с сравнительно более высокой температурой, температурный напор между паром инагреваемой водой неуклонно уменьшается. Это обусловливает снижение мощности ТО1и в конце второго часа она становится меньше мощности ТО2.

ΔТ1степень нагрева воды в ТО1;

ΔТ2степень нагрева воды в ТО2;

Рто1мощность, передаваемаяТО1;

Рто2мощность, передаваемаяТО2;

Робобщая мощность.

Рисунок 30–Динамика изменения мощностей теплообменников и степеней нагреваводыв них

В конце третьего часа, когда температура воды в БА1 достигнет заданного значения (80 ºС),циркуляционный насос отключается и нагрев воды в БА1прекращается. При этом наблюдаются незначительные колебаниямощности ТО2, связанные с уменьшением степенью нагрева воды в неми мощности ТО1.

Для экспериментального исследования работы пароводонагревателя в режиме отопления на вход второго теплообменника ТО2 подается проточная вода, предварительно подогретая до температуры 70±2 ºС. Анализ полученных результатов показывает, что при расходе воды 8 л/мин и перепаде температур 90–72=18 ºС мощность составляет в среднем 10 кВт, что достаточно для отопления помещений площадью до 130 м².

Полученные экспериментальные данные по электрическому нагреву водыв бойлере можно использовать для оценки адекватности математической модели (26). Проведем сравнение: по математической модели (26) при использовании теплообменника ТО1 средняя температура воды повышается от 23 ºСдо 73ºС за τ=105 мин, а по экспериментальнымза это время температура повышается от 23 ºСдо 82 ºС, т.е. погрешность составляет 11%. При использовании теплообменника ТО1 по математической модели (26) температураповышается от20 ºСдо 72 ºСза 115 мин, а по экспериментальным даннымот 20 ºСдо 82 ºС,т.е. расхождениесоставляет 12%. Следовательно, предложенная модель (26) можно использовать в инженерных расчетах.

Предложенная новая конструкция пароводонагревателя, содержащая два встроенных теплообменника, расширяет функциональные возможности установки. Результаты экспериментальных исследований показали, что в зависимостиот технологических нужд пароводонагреватель обеспечивает получениепара и горячую воду, а такжеотопление помещений.

Мы поможем в написании ваших работ!