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熱計(jì)量?jī)x表的誤差分析

作者: 時(shí)間:2013-09-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,廣大人民群眾的生活水平日益提高,人們對(duì)生活質(zhì)量也提出了新的和更高的要求。在我國(guó)原有的生活取暖中,由于大多采用單管串聯(lián)系統(tǒng)供熱,熱用戶(hù)無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)用熱量,而在收費(fèi)時(shí)卻采用根據(jù)熱用戶(hù)的實(shí)際使用面積進(jìn)行收費(fèi)的方法,并不是根據(jù)熱用戶(hù)的實(shí)際用熱量進(jìn)行收費(fèi),這種收費(fèi)方式存在著明顯的不合理性。因此,在我國(guó)當(dāng)前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,迫切要求對(duì)現(xiàn)有收費(fèi)制度進(jìn)行改革,國(guó)家有關(guān)部門(mén)也作出規(guī)定,要求在2010年之前實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量。實(shí)行熱計(jì)量,就是將熱真正作為一種商品,不僅能滿(mǎn)足不同熱用戶(hù)不同層次的需求,更為重要的是還能達(dá)到節(jié)約能源的目的??梢允箯V大熱用戶(hù)從自身經(jīng)濟(jì)利益的角度出發(fā),自覺(jué)節(jié)約能源。在此背景下,全國(guó)許多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都開(kāi)始了的研制工作。由于我國(guó)進(jìn)行這項(xiàng)工作起步較晚,與國(guó)外在的使用條件、結(jié)算方式上都存在一些差異,因此有必要對(duì)的相關(guān)計(jì)算進(jìn)行必要的分析。

2 熱計(jì)量?jī)x表中熱量的常用計(jì)算方法

根據(jù)工程熱力學(xué)中的分析方法,對(duì)于一開(kāi)口系統(tǒng),流經(jīng)此系統(tǒng)的流體通過(guò)系統(tǒng)時(shí)的能量平衡方程可用下式表示:

其中:dEc,v---系統(tǒng)內(nèi)部總儲(chǔ)存能的隨時(shí)間的變化;Q---系統(tǒng)與外界的熱交換量;m---流經(jīng)系統(tǒng)的工質(zhì)流量;Δz---系統(tǒng)進(jìn)、出口處的位置差;Δc2---工質(zhì)在系統(tǒng)進(jìn)、出口處速度的平方差;Ws---系統(tǒng)與外界交換的軸功;Δh---工質(zhì)在系統(tǒng)進(jìn)、出口處的比焓差。

當(dāng)系統(tǒng)為一換熱器時(shí),可以對(duì)以上方程進(jìn)行簡(jiǎn)化。當(dāng)工質(zhì)流速較低時(shí),通常不計(jì)其流經(jīng)換熱器進(jìn)、出口的動(dòng)能和位能差。換熱器與周?chē)h(huán)境也沒(méi)有功的交換,Ws=0。因此,當(dāng)換熱器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí),dEc,v=0。流經(jīng)換熱器的流體與周?chē)h(huán)境的換熱量可表示為:

Q=-m(Δh)=m(h1-h2)

其中:h1---流體在換熱器進(jìn)口處對(duì)應(yīng)溫度下的比焓;
h2---流體在換熱器出口處對(duì)應(yīng)溫度下的比焓。

也即流體通過(guò)換熱器與周?chē)h(huán)境的換熱量等于流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量與流體在換熱器進(jìn)、出口的焓差之乘積。根據(jù)這一原則,對(duì)于換熱量的計(jì)算,目前一般采用以下兩種方法。

2.1 焓差法

Q=qm(Δh)dt

式中:Q---換熱器與周?chē)h(huán)境的換熱量[kJ];
qm---流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量[kg/s];
Δh---流體在換熱器進(jìn)、出口處的比焓差[kJ/kg];
t---流體由換熱器進(jìn)口流入到出口流出所需的時(shí)間[s]。

2.2 K系數(shù)法

Q=KΔθdV

式中:Q---換熱器與周?chē)h(huán)境的換熱量[kJ];
V---流經(jīng)換熱器流體的體積流量[m3];
Δθ---流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度差[℃];
K---熱系數(shù),是流體在相應(yīng)溫度、溫差和壓力下的函數(shù)[J/m3℃]或[kWh m3℃]。

3 熱計(jì)量?jī)x表熱量計(jì)算誤差的來(lái)源

在采用以上兩種方法計(jì)算換熱器換熱量的熱計(jì)量?jī)x中,一般采用一組(兩支)測(cè)溫傳感器測(cè)量流經(jīng)換熱器的流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度值,用流量計(jì)測(cè)量流體流經(jīng)換熱器的流量,然后通過(guò)相應(yīng)的程序計(jì)算換熱器與周?chē)h(huán)境的換熱量。由于技術(shù)、價(jià)格等原因,國(guó)內(nèi)外幾乎所有生產(chǎn)熱計(jì)量?jī)x表的廠(chǎng)家采用的流量計(jì)都是體積流量計(jì)。在流量傳感器設(shè)計(jì)時(shí)也都采用脈沖方式,即每單位體積流量發(fā)出一定數(shù)目的脈沖信號(hào),由此來(lái)測(cè)量流經(jīng)換熱器流體的體積流量。

3 1 采用焓差法計(jì)算熱量時(shí)的

采用焓差法計(jì)算熱量時(shí),熱量計(jì)算中的積分值就是流過(guò)換熱器的流體流量與流體在換熱器進(jìn)、出口處的比焓差乘積的累加。在實(shí)際測(cè)量中,由于流量計(jì)測(cè)量的流量都是體積流量,因此在熱量計(jì)算中首先需要將測(cè)量的體積流量換算為質(zhì)量流量,所以還要計(jì)算流經(jīng)換熱器的流體在換熱器進(jìn)口或出口處的密度值,這樣一來(lái)就可計(jì)算出流經(jīng)換熱器流體的質(zhì)量流量。然后與進(jìn)、出口處的焓差進(jìn)行乘積并進(jìn)行累加,換熱量便可計(jì)算出來(lái)。

在實(shí)際測(cè)量中,由于流體的焓、密度等參數(shù)是溫度的函數(shù)。因此在熱量?jī)x表中,只測(cè)量流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度和體積流量,根據(jù)流體比焓和密度與溫度的關(guān)系,最終確定流體的密度和比焓差,進(jìn)而計(jì)算流經(jīng)換熱器的流體通過(guò)換熱器與周?chē)h(huán)境的換熱量。

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