ВВЕДЕНИЕ 3
1 Обзор исследований проведённых в области кавитации и кавитационных
установок 7
1.1 Кавитационная эрозия при течении жидкости в местных
сопротивлениях 7
1.2 Виды кавитационных установок 10
1.3 Технологии очистки и опреснения воды при помощи явления
кавитации 17
2 Экспериментальная установка 22
2.1 Основное оборудование 23
2.1.1 Двигатель асинхронный АИР100Е2У2 23
2.1.2 Насос КМ 50-32-154 25
2.1.3 Счётчик ультразвуковой ДУ50 Я8-485,ИСП.1 «ПУЛЬСАР» 27
2.1.4 Кавитанционные участки 29
2.1.5 Тепловой насос TH-ZH40-R134A 30
2.1.6 Сепаратор воздуха 32
2.2 Вспомогательное оборудование 34
2.2.1 Манометры 34
2.2.2 Термопары 35
2.2.3 Стационарный компьютер 37
3 Работа установки и разработка программы для автоматизации данных .... 39
3.1 Работа установки 39
3.2 Разработка программы для автоматизации данных 40
4 Расчётная часть 46
4.1 Расчёт среднего коэффициента теплоотдачи и потерь теплоты в
трубах конденсационного и испарительного контуров 46
4.2 Расчёт средней теплоотдачи и потери теплоты в коленах
трубопроводов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74
Сегодняшняя промышленность и наука всё больше и больше зависят от точного контроля параметров процессов теплопередачи. Это нужно для оптимизации производственных процессов, повышения эффективности используемых устройств и систем, а также для исследований и конструирования новых технических решений. В связи с этим, все больше внимания уделяется разработке экспериментальных лабораторных установок для контроля и измерения различных параметров теплообмена, а также разработке средств автоматизации с целью снижения ручной записи данных.
Целью создания такого лабораторного комплекса является создание программного комплекса, который позволяет проводить научные исследования и измерять различные параметры теплоносителя, а именно расход, температуру. Кроме того, его можно использовать для оптимизации и контроля процессов, где требуется точное измерение температурных и расходных характеристик. Дополнительно был проведён тепловой расчёт труб конденсационного и испарительного контуров с целью повышения эффективности работы установки.
Для достижения цели необходимо поставить следующие задачи:
1) Подобрать оборудование (аналого-цифровой преобразователь) для работы с термопарами и расходомером.
2) Написать программный код для получения данных с этих приборов.
3) Добавить алгоритм записи полученных данных в книгу Excel.
Лабораторный комплекс состоит из различных элементов, таких как датчики температуры и расхода теплоносителя, управляющий компьютер и программное обеспечение для сбора и обработки данных. В зависимости от требуемых характеристик, компоненты могут быть подобраны и собраны в соответствии с потребностями исследований и измерений.
Для сбора и обработки данных используется специальная программа LabVIEW, которая написана на языке программирования G. Она позволяет автоматически собирать данные с датчиков, производить дополнительную обработку данных, построение графиков и анализ результатов.
В итоге, использование лабораторного комплекса регистрации температуры и расхода теплоносителя помогает исследователям и отраслям промышленности эффективно изучать и оптимизировать теплопередачу в различных системах и устройствах.
В качестве лабораторно измерительного комплекса регистрации температуры и расхода теплоносителя будет продемонстрирована кавитационная опреснительная установка.
Кавитационные установки - это технологические устройства, которые используют явление кавитации в жидкостях для различных процессов.
Кавитацией называется процесс возникновения пузырьков пара, который в потоке жидкости при снижении рабочего давления до давления парообразования с последующей конденсацией паров жидкости в зоне повышенного давления. В теории кавитация возникает при вскипании жидкости за счёт того, что давление в некоторых участках снижается до давления насыщения. В действительности давление, при котором появляется явление кавитации, влияет физическое состояние жидкости. Если в жидкости было растворено большое количество воздуха, то при уменьшении давления выделяется воздух из жидкости, таким образом, появляются пузырьки (каверны). Кавитация может негативно влиять на работу различных механизмов и оборудования, но кавитационные установки используют это явление в своих целях...
В выпускной квалификационной работе был произведен расчёт тепловых потерь на участках испарительного и конденсационного контуров опреснительной установки. Так же был произведён расчёт теплоотдачи и коэффициентов линейной теплопередачи в зависимости от параметров участков. Кроме этого был описан программный комплекс для регистрации температуры, расхода теплоносителя и расчёта его скорости в проходном сечении рабочего участка с последующей записью данных в книгу Excel в режиме реального времени.
Была рассмотрена экспериментальная опреснительная установка, принцип её работы, описано основное, и вспомогательное оборудование с обоснованием включения его в экспериментальный стенд, правильная последовательность проведения на ней экспериментов, во избежание быстрого износа и выхода из строя основного и вспомогательного оборудования.
Исходя из проведенных расчетов и данных, можно заключить, что потери теплоты через трубопровод опреснительной установки достаточно значительны в тех частях, где трубы изготовлены из стали. Для того чтобы минимизировать потери необходимо использовать теплоизоляционные материалы (металлические части), правильно подбирать диаметр труб и отстроить параметры работы оборудования. Это позволит снизить затраты на энергию и повысить эффективность работы системы.
Кроме того, для более точных расчетов потерь теплоты необходимо учитывать различные внешние факторы, такие как:
-температуру наружного воздуха;
-температуру теплоносителя;
-скорость потока;
Также важно регулярно проводить мониторинг и обслуживание системы, чтобы обнаруживать возможные проблемы и устранять их вовремя, что также может снизить потери теплоты и повысить работоспособность установки.
Помимо этого, программу для регистрации температуры с термопар и расхода с прибора можно дополнительно улучшить. Например, доработать программный код, чтобы исключить ошибочные показания с расходомера, поставить логический индикатор, который покажет пользователю, что данные с прибора передаются верно (зелёный индикатор) или ошибочно (красный индикатор). Программы, разработанные в среде графического программирования Labview с использованием функциональных блоков National Instruments, успешно применяются для автоматизации технологических процессов на производственных объектах. Разработанный комплекс можно также доработать до уровня SCADA для использования на предприятиях в области промышленной теплоэнергетики.
