介质换热量的误差分析

2014-03-22刘志敏

计量技术 2014年10期

关键词：全压温差热量

范　砧　刘志敏

(保定市华力能源技术研究所，保定 071000)

0　引言

在设计换热器时，最后管束的总管数主要是由换热量确定的，其误差直接涉及换热器的标称性能是否可靠。所以，有必要对介质换热量进行误差分析。

1　介质换热量的计算式

在温差不太大的情况下，可以忽略初温和终温比热容的差别，这时有换热量一般计算式：

Q=m·Cp·(t1-t2)

=m·Cp·Δt

=qv·ρ·CP·Δt

式中：Q为热介质的换热量，kW(这里各量的对象都是热介质)；m为质量流量，kg/s；qv为秒计体积流量，m3/s；ρ为同温度下的密度，kg/m3。Cp为在平均温度t((t1+t2)/2)下的比热容，kJ/(kg·℃)；t1为初温，℃；t2为终温，℃；Δt为温差,℃。

2　换热量的相对误差

2.1　流量的相对误差δm

按函数偶然相对误差公式，有：

δm=δqv

(1)

式(1)表明：在忽略密度误差的条件下，质量流量相对误差等于秒计体积流量相对误差。

2.2　温差的相对误差δΔt

设温度t1、t2测量的绝对误差分别为W1[℃]和W2[℃]，认为初温和终温相对误差是不相关的。则有：

(2)

式(2)表明：两点温度值与其相应绝对误差之积的平方和的平方根，除以温差的平方，其商是温差相对误差的绝对值。

2.3　换热量的相对误差δQ

我们已经知道，换热量是流量、比热容和温差的函数,忽略比热容、密度的误差,且流量与温差的相对误差互为独立。则有：

整理后得：

(3)

通过式(1)、(2)、(3)的组合，就可求出换热量的相对误差。

3　实例

3.1　流量有仪表计量的实例

液态介质以清水和导热油为多；气体介质以空气和烟气为常见。

一般用智能电磁流量计测量清水的流量，在1.0～2.5m/s的设计流速下,基本误差为±1.0％,可以认为δqv=±1.0％。如果选用椭圆齿轮流量计或涡街流量计测量导热油的流量，可以做到δqv=±0.5％。

一般用粗焊铁板式经典文丘里管测量空气或烟气的流量。这时，δqv=±1.5％。

在流体温度较低时(如200℃以下)可以用水银温度计测温，温度较高时用热电阻或热电偶温度计。

如果热介质为烟气,并已知烟气温度：t1=240℃，t2=130℃;W1=±1.5℃,W2=±1.0℃。

Δt=t1-t2=110℃

=±3.2％

=±3.53％≈±3.6％

3.2　流量无仪表计量的实例

用δQvj表示风机本身行业允许的流量相对误差。热介质仍是烟气,风机的全压：

(4)

式中：p为全压，Pa；ψ为全压系数；u2为叶轮叶片外缘线速度，m/s。

Qvj=900φpD22·u2

(5)

式中：Qvj为体积流量，m3/h；φ为流量系数；D2为叶轮叶片外缘直径，m。

我们知道，在引风机样本中性能表是按空气在200℃时制定的，并且规定全压的允许相对误差δp=±5％。由式(4)得：

(6)

在式(5)中，把Qvj视为是u2的单元函数，于是有：

=±δu2=±1/2δp

δQvj=δqvj(引风机秒计体积流量的允许相对误差)，则：

(7)

设工况(烟气温度为t)与标况(空气温度为200℃)的不同而引起的流量附加误差:

(8)

式中：qvo为引风机产品样本的空气在标况(200℃，绝对压力101325Pa)下的秒计体积流量，m3/s；qv为烟气在工况(t℃，绝对压力101325Pa)下秒计体积流量，m3/s(设在两体积流量下的质量流量相等)；ρo为标况下空气密度，ρo=0.746kg/m3；ρ为在工况下烟气密度，kg/m3。

行业规定δp=±5％，则：

δqvj=±2.5％