Способы измерений и оценки эффективности

Тема в разделе "Свободные темы", создана пользователем J.E.M.P., 16 окт 2009.

Статус темы:
Закрыта.
  1. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Часто возникают ситуации, когда требуются знания и навыки для выполнения измерений и оценки эффективности разного рода процессов и характеристик оборудования.
    Интересно, как можно оценить эффективность горения и эффективность сжигания топлива, эффективность работы горелок, печей, нагревателей, котлов, если под рукой нет специального инструментального набора? Как определить температуры, расходы, КПД или иные коэффициенты, гидравлические и электрические параметры и т.д.
    Каждый наверно находит выход из положения по своему, кто-то по внешним признакам, кто-то использует минимум бытовых приборов, и т.д. А при изготовлении техники своими руками, эти процедуры становятся одними из сложных, но необходимых.
    Здесь предлагается описывать способы таких измерений и оценки эффективности процессов (сжигания, теплопередачи, теплообмена и прочих) и определения характеристик оборудования, сделанного своими руками.
    Сторонний или заимствованный опыт не возбраняется, т.к. большинство процедур (а точнее, наверно, все) прописаны литературой, но не всегда легко запоминаются. Может, заглянув в эту тему, каждый найдёт в ней что-то своё, ответ или подсказку, задаст вопрос или поделится опытом.
     
    britmila нравится это.
  2. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    На мой взгляд это слишком сложная задача, при кустарном изготовлении и эксплуатации..

    Например, я знаю сколько отработки сгорело за время измерения, знаю на сколько изменилась температура теплоносителя в жидкостной системе, на сколько изменилась температура в помещении, его объем и наружную температуру воздуха.

    А как определить сколько тепла улетело в трубу (чтобы определить КПД)?

    А насколько полным было сгорание топлива (чтобы определить сколько выделилось при этом всего тепла)?

    А сколько тепла ушло на нагревание стен, потолка, оборудования (трудно сосчитать количество видов материалов находящихся в помещении, а у них разная масса и теплоемкость)?

    Нужна герметичная полностью теплоизолированная измерительная камера, газоанализаторы на ее входе и выходе (мы ведь хотим узнать, сколько туда попало кислорода, азота и пр., с какой температурой), необходимы счетчики объема поступающих в камеру газов и выходящих из нее других газов и твердых веществ и т.д. и т.п.

    Не знаю, как все это меряют проектировщики и производители теплового оборудования, наверное у них все это есть.

    Посему главный вопрос: Какая точность нас бы всех устроила? И какие параметры нам для этого необходимы?
     
  3. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Remix59, давайте пока о точности не будем говорить, а попробуем рассматривать каждые задачи раздельно.
    Если будем определять КПД, то одновременно надо сводить задачи с определением тепловой мощности - способы есть разные, но важно по сути определиться, что если Вы хотите выяснить параметры единицы оборудования, то и логику надо выстраивать на единицу оборудования; если на систему (котёл+дымоход+подогрев топлива или воздуха, например) - то логику надо выстраивать на систему и здесь потребуется определять коэффициенты полезного использования топлива (КИТ или Кпит).
    По мере возможности отпишу свои предложения, а пока может и ещё кто добавит мнения или примеры. :thank_you2:
     
  4. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Коль сегодня пришлось затронуть вопрос о температуре поверхности http://www.termoportal.ru/forum35/thread97-24.html, то подскажу: прикасаясь открытой ладонью к поверхности нагрева, человек с нормальной физикой (здоровый) может спокойно держать её до 45 гр.С, а выше 50 гр.С - уже будет испытывать "обжигающее" состояние.
     
  5. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    Добрый день.
    Прочитал:
    .....Если будем определять КПД, то одновременно надо сводить задачи с определением тепловой мощности - способы есть разные, но важно по сути определиться, что если Вы хотите выяснить параметры единицы оборудования, то и логику надо выстраивать на единицу оборудования; если на систему (котёл+дымоход+подогрев топлива или воздуха, например) - то логику надо выстраивать на систему и здесь потребуется определять коэффициенты полезного использования топлива (КИТ или Кпит)......
    Что то мне светлей не стало, а хотелось бы.
     
  6. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Remix59, Вы торопитесь… Дайте время подумать себе и другим! У JEMPа тоже «не 7 пядей во лбу», а… 8, и как всегда, эта 8-ая извилина мешает сосредоточиться 7-ми другим! (шутка :mosking:)

    Вопрос действительно интересный и сложный (сложно-интересный, но и увлекательный), т.к. хотелось бы его грамотно изложить, а не урывками и с ошибками. Хотя конечно и так можно, тогда будет больше возникать взаимных вопросов у других пользователей и появляться новых соображений – ведь на то и существует форум, чтобы их обсуждать.

    В изложенном посту, я имел ввиду разделение в понятиях и определениях КПД (как частая и распространённая ошибка в представлениях о технике и о системе теплоснабжения единичного объекта в целом).
    Об этом можно долго говорить, но чтобы довести свою мысль как можно короче, приведу коротенькую статью КПД: мифы и реальность ... - РосТепло.RU.
    Конечно, сами цифры в этой статье и частные суждения могут подвергаться сомнению (по крайней мере, я не со всеми доводами согласен и легко их опровергну), но давайте мы не будем обсуждать статью, а вникнем в суть – попытаемся представить себе, что под КПД, или под другими коэффициентами определения мощности или использования топлива, можно понимать, чтобы говорить, так сказать, на одном языке теплотехники.
    В моём представлении: КПД определяется исключительно на единице оборудования (будь то печь, котёл, нагреватель); а если эта единица оборудования включена в тепловую схему с другими устройствами, то правильнее употреблять определение Коэффициента полезного использования топлива (обозначается он, как КИТ или Кпит).

    Итак, наша задача состоит в определении тепловой мощности единичной установки – источника тепловой энергии (печь, котёл, нагреватель - теплогенератор).
    Чем глубже эту тему сам разбираю, тем больше интересных вопросов и моментов возникает. Но попробую развести задачу на подзадачи, ведь с чего-то надо начать.

    Для того, чтобы оценить величину тепловой мощности теплогенератора без специального приборного парка и специальных испытательных стендов, полагаю надо двигаться одновременно в 3 направлениях:
    1. Необходимо вывести оборудование на максимальную мощность «Х» (пока мы её не знаем), но при этом наблюдать, чтобы характеристики её были стабильны и не противоречили нормам безопасности по внешним признакам (каким – будем уточнять потом);
    2. Необходимо вести контроль за расходованием топлива (о качестве и количестве тоже будем говорить потом), для того, чтобы определить сколько потенциально может отдать теплоты сожжённое топливо в единицу времени (тоже будем обсуждать как просчитать) с одного некоторого или условного теплогенератора;
    3. Необходимо обеспечить максимальный теплосъём с теплогенератора (отпуск теплоты на потребление) и вести контроль показателей использования этой отпущенной тепловой энергии (количественных и качественных) – тоже будем обсуждать.
    По логике, разница между (2) и (3) пунктами покажет нам потери, а их сопоставление – даст показатели тепловой мощности теплогенератора.
    "Способы измерений и оценки эффективности" будут рассматриваться в процессе обсуждения.

    Какие будут соображения о такой постановке задачи?
     
  7. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    Пока плохо представляю реализацию п.3., нужно подумать.
     
  8. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    :blush2: Признаюсь, у меня не очень гладким и любезным будет изложение и по первым двум пунктам. :mdaaa:
    Пока делаю наброски письма, но своё мнение может изложить здесь каждый пользователь. :declare:
     
  9. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    Думаю, мне удалось найти некоторые простые подходы к проблеме.
    1. 1квт/ч-тепловой энергии, это 860ккал/ч.
    2. Теплотворная способность близких по составу топлив(к используемому нами) таков:
    керосин -10400ккал/кг.
    дизельное топливо-10300ккал/кг.
    мазут -9700ккал/кг.
    Следовательно сжигая 1кг. топлива за 1час. получаем тепловую мощность:
    керосин -12квт/ч
    дизельное топливо-12квт/ч
    мазут -11,3квт/ч
    Думаю это и будет мощностью нашего котла, печи и т.д.(колличество топлива определенного вида сжигаемого в единицу времени).
    Кстати теплотворная способность древесины оказывается 2960ккал/ч, поэтому самолеты и летают на керосине.
    Значит определить мощность(не полезную) отопительного прибора можно определить, просто замером кол-ва сожженного топлива, скажем за час.
    Тем же способом можем определить его мин., макс., и среднюю мощность.
    Это по мощности(назовем ее полной), а вот, что касается полезной мощности думаем дальше.
     
  10. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    По поводу определения полезной мощности котла мне кажется есть следующий подход:
    Необходимо вывести котел на стабильный режим при котором скажем за 1час. сжигается постоянное кол-во топлива, к примеру 1кг., температура теплоносителя в одной из точек замера постоянна и температура в помещении тоже постоянна.
    В таком состоянии "теплового равновесия" количество тепла рассеянного будет равно количеству получаемому от котла.
    Зная, теплоемкость теплоносителя (к примеру воды 4,2кДж) и его количество в системе, а так же измерив его температуру на входе и выходе котла получаем мощность полезную умножением (теплоемкость*количество*на разницу температуры*1час).
    Жду опровержений.
    С горелкой(поскольку она только часть отопительного прибора)просто, сколько кг. топлива сожгла за 1час., без копоти и дыма) столько тепловой энергии и получилось, такова и ее мощность.
    А вот с конвекторной печкой в практическом плане измерения ее полезной мощности есть сложности, как(или чем) измерять мощность излучения, и как измерять мощность переданную омывающему ее воздуху.
     
  11. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Об определении тепловой мощности самого агрегата.
    Remix59, почти так. Теплотворная способность - она же низшая теплота сгорания топлива.
    Чтобы оперировать с отработанным маслом, в частности автомобильными марками, но и другие близки к ним, используется соотношение через плотность:
    42000 кДж/кг есть 34000 кДж/литр при плотности 0,81 кг/литр.

    Если получить максимальную мощность (как Вы назвали - полную), то надо бы придерживаться условий, которые отписал в п.1 поста 6. Тогда, сравнивая расходы жидких топлив на примере разных его видов, мы сможем выяснить - на каком виде топлива с наименьшим расходом можно получить максимальную мощность - это и будет "тепловой мощностью теплогенератора", в частности котла.
    (Вообще, полная мощность - это понятие больше соответствует извлечению полной теплоты сгорания, что выше низшей. Давайте оперировать "максимальной")

    Единственная загвоздка у меня произошла в определении, а точнее в выявлении фактической калорийности топлив: как удостовериться, что используемое топливо имеет те или иные величины низшей теплоты сгорания? Ведь, на разных плотностях они будут изменяться, плотность то выяснить в домашних (бытовых) условиях легко, а теплоту сгорания - нет. Отсюда, может произойти ошибка в перерасчётах мощности в зависимости от расхода...

    Как один из вариантов выхода из этой ситуации, в первом приближении: наверно, расчёты можно выполнить одновременно и в литрах, и в кг (если принять за плотности справочные величины). Тогда, для действующей печи (котла, и пр.) можно, предполагаю, сверить: сколько при расчётах выдаёт она тепловой мощности, зная расход в литрах, и сколько при расчётах выдаёт она тепловой мощности, зная расход в кг. Такое можно проверить у Вас? - предполагаю, что эти цифры будут разные для одного и того же топлива.

    Простите, что прерываюсь. Так вот, средняя арифметическая величина расчётной тепловой мощности на выбранном виде топлива (расчитанной на литрах и на килограммах) и укажет на "номинал" печки, округлив его в большую сторону по правилам округления. В этом случае, некоторая ошибка конечно будет, но будет незначительная.

    Какие будут мнения?
     
  12. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    Значит измерения необходимо производить на извесном в плане теплоты сгорания топливе, например дизельном(она в сертификате на него) и мощность указывать для этого топлива (производители так и делают).
    А измерять только в килограммах.
    Мы ведь начали с определения характеристик кустарных изделий в кустарных условиях не так ли?
     
  13. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Если есть возможность, то эксперимент желательно проводит несколько часов (6-12), а потом результаты поделить на количество часов эксперимента по факту - будет осреднение, но будут и вернее результаты.

    Конечно, сами подходы к определению параметров эффективности котла, печки, воздухонагревателя или иной установки (теплогенератора) будут отличаться.
     
  14. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    Думаю большинство посетителей посчитает достаточной методику:
    1кг. в час -примерно 10-12квт.
    2кг. в час -примерно 20-25квт.
     
  15. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Сертификаты, или топливные паспорта, не всегда честные: те что мне попадались, имели расхождения с данными лабораторных анализов до 15%.

    Почему смущают кг и литры? Можно мензуркой точно выверить объём ведра и взвесить его. Залив в него топливо - опять взвесить. Отсюда можно довольно точно определить плотность и в кг, и в литрах. А потом, пересчитать калорийность на кг и на литры.
     
  16. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    А разве измерение установившегося в течении 6-12часов режима "равновесия" и многочисленные измерения в течении 6 -12часов, с целью нахождения среднего значения- не одно и то же.
     
  17. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Могут посчитать и так. На то и эта тема, чтоб считать не так! :drinks:
     
  18. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    В одном случае Вы делаете разовое измерение, его называют "мгновенным" иногда, а в другом - Вы получаете осреднённые показатели измерений. У них будут отличия, иногда они бывают существенные. Поэтому, чтобы ошибку минимизировать, желательно иметь длинные во времени эксперименты.
     
  19. remix59

    remix59 Почетный участник форума

    Регистрация:
    4 апр 2009
    Сообщения:
    1.167
    Симпатии:
    545
    Адрес:
    Пермь
    А как же температурные изменения обьема(таблици, плотность-температура), это же гсм.
    Предлагаю идти по пути упрощения, а не усложнения.
     
  20. J.E.M.P.

    J.E.M.P. Эксперт форума

    Регистрация:
    4 фев 2009
    Сообщения:
    1.002
    Симпатии:
    290
    Адрес:
    Урал
    Насколько я помню, от температуры изменения объёма и плотности гсм невелики.
    Но вот от добавок, чистоты отработки, наличия примесей (которые сложно будет отделить и выявить, иногда, без специального на то оборудования) плотность может изменяться гораздо сильнее, нежели от температуры. Потом, температуру в помещении и в топливе, конечно легче измерить, но по ней и легче ошибиться при определении плотности, а значит и при определении калорийности. Здесь, интересно было бы сравнить!
    Согласитесь, если эти процедуры выполнить для одного варианта печки или котла, ведь не потребуется повторять их каждый раз для этой же модели - они одинаковые, полагаю.
     
Статус темы:
Закрыта.