Журнал наблюдений

время	Компрессор			Блок очистки			Детандер
τ c	P1 МПа	P2 МПа	t1 0C	t3 0C	t4 0C	t5 0C	P3 МПа	P4 МПа	Vg м3/c
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Блок разделения
t2 0C	t6 0C	t7 0C	PHK МПа	PBK МПа	Xa %	XK %	XOTБ %	М кг	PБ МПа	ТБ К
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21

5. Обработка результатов испытаний установки

1-й режим – получение жидкого азота.

1. Производительность установки по жидкому азоту Ga определяется взвешиванием сосуда Дьюара до наполнения жидким продуктом кг/c

Ga=(M₂-M₁)/( τ ₂- τ ₁)

где М₂ и М₁ – масса сосуда Дьюара с жидким продуктом в предыдущий τ₁и последующий τ ₂ моменты взвешивания.

2. Удельный выход жидкого азота

А_ж=Ga/ρ_a*V _b

где ρ_a – плотность газообразного азота при нормальных условиях, кг/м³;

V _b – расход воздуха через блок разделения, приведенный к нормальным условиям, м³ /с;

3. Количество отбросного газа В_отб определения расчетным путем по уравнению материального баланса установки.

4. Адиабатный и эксергетический к. п. д. детандера ƞ_е определяются по параметрам воздуха на входе и выходе из машины.

5. Холодопроизводительность установки, Вт

Q₀=V_b ρ_b∆i_T+ V _g ρ_b h₀ ƞ_ag,

где ρ_b – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³;

∆i_T – величина изотермического эффекта дросселирования, Дж/кг;

V _g – расход воздуха через детандер, кг/м³;

h₀ – адиабатный теплоперепад в детандере, Дж/кг;

6. Удельная холодопроизводительность установки, Дж/м³;

q₀=Q₀/V_b

7. Удельные холодопотери в установке, Дж/м³;

- от недорекуперации q₂=(1- А_ж)С_р ρ_b∆Т_отб,

где С_р – изобарная теплоемкость отбросного газа, Дж/кг К

∆Т_отб - недорекуперация на потоке отбросного газа;

- в блоке осушки и очистки q_б= ρ_b(i₄-i₃)

- потери, связанные с ожижением азота q_ж=А_ж ρ_а(i_а1-i_а0),

где i_а1 – энтальпия азота при условиях окружающей среды;

i_а0 – энтальпия сливаемого из установки азота;

- через теплоизоляцию и по тепловым мостам

q₃=q₀-( q₂ + q_б + q_ж ).

8. Удельный расход электроэнергии, Дж/кг

l=N/Ga,

где N – действительная мощность, потребляемая установкой, Вт.

ƞ_е = Ga l^’_a/ N,

где l^’_a – эксергия сливаемого из установки азота, Дж/кг.

2-й режим – получение газообразного азота.

1. Производительность установки по газообразному азоту V_а определяется по времени наполнения баллона

V_а = (M₂-M₁) / ∆τ ρ_а

где M₁ и M₂ – масса азота в баллоне до его наполнения и после наполнения, кг;

∆τ - продолжительность наполнения баллона азотом, с;

ρ_а - плотность азота при нормальных условиях , кг/м³.

Масса азота в баллоне определяется по уравнению Клапейрона – Менделеева с учетом коэффициента сжимаемости газа. Температура газа в баллоне может быть принята равной температуре окружающей среды. Заполнение газа производится в баллоне емкостью V_б = 40 литров.

2. Удельный выход газообразного азота

А= V_а/ V_b

3. Удельные холодопотери в установке, Дж/м³

- от недорекуперации

q₂=В_отб ρ_bC_p∆T_отб+A ρ_аC ρ_а∆T_a

где T_отб и ∆T_a –недорекуперация на соответствующих потоках продуктов разделения;

- от неиспользования эффекта дросселирования на потоке получаемого азота

q_gp=A ρ_а∆i_Ta

где ∆i_Ta – величина эффекта дросселирования, определяемая по параметрам азота на выходе из блока разделения;

- от повышения давления азота в насосе

q_Н=A ρ_аP_cpV^’_a/λ

где P_cp – среднее давление азота в насосе, Па;

V^’_a – удельный объем жидкого азота в насосе при P_cp;

λ - коэффициент подачи насоса (λ=0,7…0,8);

- через теплоизоляцию и по тепловым мостам

q₃=q₀-( q₂ + q_б + q_gp+q_H)

где q₀ – удельная холодопроизводительность установки.

4.Удельный расход электроэнергии, Дж/(м³N₂). l=N/V_a

5. Эксергетический к. п. д. установки

ƞ_е = V_aρ_аl_a/N

где l_a – эксергия получаемого азота с учетом его параметров на выходе из блока разделения, Дж/кг.

3-й режим – получение газообразного кислорода

Обработка результатов испытаний установки в данном режиме аналогична методике обработки в режиме получения газообразного азота.

1. Производительность установки по газообразному кислороду

V_k = (M₂-M₁)/ / ∆τ ρ_k

где ρ_k - плотность кислорода при нормальных условиях.

2. Удельный выход кислорода

K=V_k/V_b

3. Эксергетической к. п. д. установки

ƞ_е = V_к ρ_кl_к/N

Расчет интегральной разности температур основного теплообменика на ЭВМ искра-1256 (рис.2)

Этот расчет преследует собой цель показать возможности вычисльной техники при определении некоторых параметров аппаратов установки. Применение ЭВМ для расчета интегральной разности температур теплооьменников значительно убыстряет эту работу и позволяет получить более точные результаты.

Здесь рассматривается задача для режима получения жидкого азота. Температура потоков на холодном Т_RX , T_BX и на теплом конце Т_RТ , T_BТ теплообменника известны. Они изменяются в процессе испытания установки.

Должны быть известны также давления прямого Р_В и обратно Р_R, потоков и их расходы G_B, G_R.Тогда интегральная разность температур между потоками В и R

∆Tu=n/Ʃ(1/∆T_al)

где n – число равных тепловых участков теплообменника;

∆T_al – средняя арифметическая разность температур между потоками на участке.

При расчете ∆T_u теплообменник делится на n равных тепловых участков по высоте, считая снизу. Расчет удобнее вести с холодного конца аппарата, пренебрегая теплопритоками извне.

Температура прямого потока T_bi на выходе из i- го участка определяется из уравнения теплового баланса участка.

G_bC_pb(T_bi-T_bi-1)=G_RC_PR∆T_Ri

Предпологается, что при PR=0,1МПа, С_pR=const высоте аппарата. Тогда изменение температуры обратного потока на каждом участке

∆T_Ri = (T_RT-T_RX)/n

При заданном давлении прямого потока зависимость C_PB=f(Tb) можно определить полиномом

C_pb=A+BT+CT²₊DT³

где A, B, C, D – некоторые постоянные;

Т – температура газа, К.

На i – ом участке ∆T_ai=0,5(∆T_i- ∆T_i-1)

где ∆T_i=T_bi-T_Ri; T_Ri=T_RX+i ∆T_Ri; ∆T_i-1=T_bi-1-T_Ri-1

Обозначения величин для работы на ЭВМ

T_BX и T_RX – температуры прямого и обратного потоков на холодном конце теплообменника, К;

G_b и G_R – массовый расход прямого и обратного потоков, кг/c;

C_pb и C_PR - изобарные теплоемкости потоков, кДж/(кг К);

T_B и T_R – температуры потоков

n – число участков теплообменника

i – номер участка, считая с холодного конца аппарата;

T_bi и T_bi-1 –температуры прямого потока на входе в участок и на выходе из него, К.

T_Ri-1 и T_Ri –температуры обратного потока на входе в участок и на выходе из него, К.

∆T_i – разность температур между потоками на выходе из участка, К.

∆T_i-1 – разность температур между потоками на входе в участок, К;

∆T_ai – средняя арифметическая разность температур между потоками на i – ом участке.

Ниже приведена программа расчета и пример определения ∆Tu для двухпоточного теплообменника при P_R = 0,1МПа, P_b = 20 МПа, n=30. Темплоемкость воздуха C_pb аппроксимирована полиномом.

C_pb= -3,6071+0,0853Т-412*10^-6Т²+6,0827*10^-7Т³, кДж/(кг К)

В результате расчета определены температуры потоков на выхода из каждого участка - T_bi, T_Ri , а также интегральная

∆Tu=6,7272413