Расчет режима работы элемента Пельтье, используемого в качестве охладителя в модуле осушки проб воздуха

Приведены уравнения для расчета процесса осушки воздушной пробы при помощи охлаждения её элементами Пельтье. Обзор алгоритма управления модулем осушения проб воздуха на основе элементов Пельтье для снижения уровня потребляемой охладителем мощности.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 30.07.2017
Размер файла 27,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета

Расчет режима работы элемента Пельтье, используемого в качестве охладителя в модуле осушки проб воздуха

В.И. Капля, А.Г. Бурцев, С.А. Андриянов, Е.К. Соболева

Аннотация

осушка воздушный пельтье охладитель

В статье приведены уравнения для теплового расчета процесса осушки воздушной пробы при помощи охлаждения её элементами Пельтье. Приведенные соотношения могут использоваться в алгоритме управления модулем осушения проб воздуха на основе элементов Пельтье для снижения уровня потребляемой охладителем мощности.

Ключевые слова: элемент Пельтье, газовая проба, осушка, газоанализатор, тепловой баланс, парциальное давление пара.

Современные газоанализаторы имеют в своем составе приборы автоматической подготовки проб воздуха, которые обеспечивают номинальные условия для работы датчиков газа, осуществляющих измерение концентраций газов в воздухе (РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М.: 1989. 615 c.) [1]. На входе такие системы обычно имеют механические фильтры очистки газовой пробы от взвешенных частиц [2]. В конце газовоздушного канала находится датчик концентрации газа [3].

Модуль осушивания проб воздуха состоит из следующих элементов: побудитель расхода (воздушный насос, прокачивающий воздушный поток от места забора проб через трубку зонда), первичный охладитель до температуры окружающей среды, вторичный охладитель с элементом Пельтье, нагреватель до температуры нормальной работы датчика газа и камеру с датчиками газов. Охладители снижают температуру воздушной пробы, повышая при этом уровень относительной влажности, вплоть до выпадения конденсата, то есть до уровня относительной влажности, равного 100%. Уменьшение относительной влажности до допустимого уровня осуществляется последующим нагревом пробы воздуха, что может привести к выходу из диапазона температур нормальной работы датчиков, если используется только первичный охладитель. Дополнительное охлаждение воздушных проб с помощью элементов Пельтье до температуры, которая обеспечивает в последующем нормальную влажность и температуру в камере датчиков, является известным техническим решением (Газоанализатор содержания O2, СО, CO2, NO, NO2, SO2 «МАК-2000» ТУ 4215-003-47414006-2006 Паспорт. Руководство по эксплуатации. Техническое описание. М. 2015. 24 с.).

Однако элементы Пельтье являются энергозатратными устройствами, что требует тщательного расчета теплового баланса осушителя и электрических параметров работы элементов Пельтье. Решение этой задачи позволит избежать неоправданных затрат электроэнергии при обеспечении нормальных условий работы датчиков газоанализатора.

Предполагается, что на вход охладителя поступает насыщенный воздушный пар при температуре атмосферном давлении и относительной влажности . Парциальное давление насыщенного пара (Па) как функцию температуры можно рассчитать по следующей формуле [4-6]:

(1)

Приведенная приближенная формула справедлива для интервала температур: 0-50оС. Удельная плотность влажного воздуха на входе осушителя может быть вычислена по парциальному давлению насыщенного пара , вычисленному по формуле (1), и по температуре воздуха [7, 8]:

,

где , - газовая постоянная сухого воздуха, - газовая постоянная водяного пара, .

Поскольку в охладитель поступает насыщенный водяной пар, то после охлаждения пар останется насыщенным. На выходе охладителя с элементом Пельтье, который должен понизить температуру пробы до величины , плотность влажного воздуха будет равна:

, (2)

где , - удельные плотности сухого воздуха и насыщенного водяного пара.

Охлаждение насыщенного пара сопровождается выпадением конденсата, количество которого соответствует следующей величине:

Количество конденсата, выпавшего в охладителе и отнесенное к объему пробы, будет равно:

, (3)

где - объем пробы воздуха, который соответствует производительности побудителя расхода, то есть объему воздуха, прокачиваемого через газоанализатор за единицу времени.

Обозначим температуру нормальной работы датчиков газа переменной . Давление внутри воздуховода осушителя можно считать постоянным. Изобарный нагрев влажного воздуха от температуры до температуры не приведет к изменению влагосодержания и, следовательно, парциальное давление водяного пара сохраняет свое значение при прохождении через нагреватель. Но парциальное давление насыщенного водяного пара повышается с ростом температуры и будет равно:

.

Значение относительной влажности на выходе осушителя выражается следующей формулой:

.

Критерий нормальной работы осушителя соответствует следующему неравенству:

,

где - уровень относительной влажности, обеспечивающий нормальные условия для работы датчиков газа. Данный критерий позволяет по заданной относительной влажности и температуре вычислить верхнее значение температуры , до которой должна охлаждаться проба воздуха с помощью элемента Пельтье. Уравнение для определения температуры имеет вид:

. (4)

Элемент Пельтье должен обеспечить поглощение следующих тепловых потоков: теплоты конденсации (3) и теплоты, соответствующей охлаждению смеси сухого воздуха и водяного пара с удельной плотностью (2). Перечисленные тепловые потоки образуют тепловую нагрузку элемента Пельтье:

,

,

где - удельная теплота конденсации водяных паров, - удельная теплоемкость насыщенного пара,

- удельная теплоемкость сухого воздуха.

В рассматриваемом случае приведены значения удельной теплоемкости для изобарного процесса. Единица измерения результата - .

Тепловая нагрузка является нелинейной функцией от величины напряжения, которое подается на элемент Пельтье и температуры его горячей и холодной стороны [9]. Эти зависимости приводятся в виде номограмм в спецификации элемента Пельтье [10]. В простейшем случае можно считать, что , .

Вычислив перепад температуры между горячей и холодной стороной элемента Пельтье , на номограмме определяется точка пересечения уровня с линией . Абсцисса точки пересечения дает величину напряжения, подаваемого на элемент Пельтье.

Приведенные соотношения могут использоваться в алгоритме управления модулем осушения проб воздуха на основе элементов Пельтье для снижения уровня потребляемой охладителем мощности.

Литература

1. Расчёт разрешающей способности для автоматической системы измерения концентрации токсичных газов в воздухе на основе электрохимических датчиков / В.И. Капля, А.Г. Бурцев, С.А. Андриянов, Е.К. Соболева // Евразийское Научное Объединение. 2016. № 8. C. 29-30.

2. Т.О. Кондратенко, Е.А. Семенова, Л.Я. Соломахина. Повышение экологической безопасности производства газобетона // Инженерный вестник Дона. 2013. №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1867.

3. Е.И. Кравченко, В.В. Петров, А.С. Варежников. Разработка методики распознавания образцов газовых смесей с помощью мультисенсорной системы мониторинга // Инженерный вестник Дона. 2012. №4 (2). URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1346.

4. N. S. Osborne, C. H. Meyers. A Formula and Tables for the Pressure of Saturated Water Vapor in the Range 0 to 374oC. Journal of research of the National Bureau of Standards. 1934. №13. pp. 2-8.

5. A Compact Form for the Analytic Description of Temperature Dependence of Saturation Vapor Pressure over Plane Surfaces of Water and Ice. N. P. Romanov. Russian Meteorology and Hydrology, 2017, Vol. 42, No. 1, pp. 27-37.

6. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат. 1984. 80 с.

7. Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. Термодинамика. Часть 1. Учебное пособие для вузов. М.: Дрофа, 2009. 480 с.

8. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учебное пособие. СПб.: СПбГАХПТ, 1998. 146 c.

9. Покорный, Е.Г. Номографический метод расчета полупроводниковых термоохлаждающих устройств. Л.: Изд-во "Наука", Ленингр.отд. 1968. 59 с.

10. Specification of Thermoelectric Module. TEC1-12705. URL: thermonamic.com/TEC1-12705-English.PDF.

1. V.I. Kaplja, A.G. Burcev, S.A. Andrijanov, E.K. Soboleva. Evrazijskoe Nauchnoe Objedinenie. 2016. № 8. pp. 29-30.

2. T.O. Kondratenko, E.A. Semenova, L.Ja. Solomahina. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2013. №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1867.

3. E.I. Kravchenko, V.V. Petrov, A.S. Varezhnikov. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2012. №4 (2). URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1346.

4. N. S. Osborne, C. H. Meyers. Journal of research of the National Bureau of Standards. 1934. №13. pp. 2-8.

5. N. P. Romanov. Russian Meteorology and Hydrology, 2017, Vol. 42, No. 1, pp. 27-37.

6. Rivkin S.L., Aleksandrov A.A. Termodinamicheskie svojstva vody i vodjanogo para [Thermodynamic properties of water and vapour]. Spravochnik. Rek. Gos. sluzhboj standartnyh spravochnyh dannyh. 2-e izd., pererab. i dop. M. Jenergoatomizdat. 1984. 80 p.

7. Burdakov V.P., Dzjubenko B.V., Mesnjankin S.Ju., Mihajlova T.V. Termodinamika. Chast' 1. [Thermodynamics. Part 1] Uchebnoe posobie dlja vuzov. M. Drofa, 2009. 480 p.

8. Burcev S.I., Cvetkov Ju.N. Vlazhnyj vozduh. Sostav i svojstva [Wet air. Composition and properties ]. Uchebnoe posobie. SPb. SPbGAHPT, 1998. 146 p.

9. Pokornyj, E.G. Nomograficheskij metod rascheta poluprovodnikovyh termoohlazhdajushhih ustrojstv [Nomographic method for calculating semiconductor thermo-cooling devices]. L. Izd-vo "Nauka", Leningr.otd.1968.59 s.

10. Specification of Thermoelectric Module. TEC1-12705. URL: thermonamic.com/TEC1-12705-English.PDF.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Изучение классификации методов осушки природных газов. Состав основного технологического оборудования и механизм работы установок подготовки газа методом абсорбционной и адсорбционной осушки. Анализ инновационного теплофизического метода осушки газа.

    доклад [1,1 M], добавлен 09.03.2016

  • Структура и основные задачи научной деятельности института общей и неорганической химии АН РУз. Высокоинтенсивный абсорбционный аппарат для осушки природного газа. Расчет процесса осушки, его концепция. Конструкция аппарата, гидродинамические режимы.

    отчет по практике [1,9 M], добавлен 30.01.2014

  • Расчет материального и теплового балансов и оборудования установки адсорбционной осушки природного газа. Физико-химические основы процесса адсорбции. Адсорбенты, типы адсорберов. Технологическая схема установки адсорбционной осушки и отбензинивания газа.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.05.2019

  • Повышение выхода керна. Отбор проб из скважин ударно-канатного и роторного бурения. Факторы, определяющие способ отбора проб. Объединенные и групповые пробы. Контроль опробования, обработки и анализа проб. Контроль качества геологического опробования.

    презентация [615,9 K], добавлен 19.12.2013

  • Назначение и цели создания автоматизируемой системы управления технологическими процессами. Приборы и средства автоматизации абсорбционной установки осушки газа. Оценка экономической эффективности применения кориолисовых расходомеров Micro Motion CMF.

    дипломная работа [1,1 M], добавлен 22.04.2015

  • Изучение технических характеристик и принципа работы приточной системы вентиляции с рециркуляцией воздуха, которая используется в вагонах с кондиционированием воздуха и предназначена для обеспечения требуемого воздухообмена, охлаждения, подогрева воздуха.

    реферат [7,3 M], добавлен 24.11.2010

  • Исследование основных целей создания Автоматизированной системы управления технологическим процессом. Обзор этапов цикла работы адсорбера. Описание процесса осушки. Комплексная автоматизация объектов КС. Функциональные особенности погружного уровнемера.

    курсовая работа [46,6 K], добавлен 04.12.2012

  • Расчет необходимого расхода абсолютно сухого воздуха, влажного воздуха, мощности калорифера и расхода греющего пара в калорифере. Определение численного значения параметра сушки. Построение линии реальной сушки. Объемный расход отработанного воздуха.

    контрольная работа [131,8 K], добавлен 07.04.2014

  • Определение коэффициентов теплопроводности слоев. Расчет суммарного термического сопротивления, суммарного коэффициента теплопередачи от внутреннего воздуха к внутренней стенке, ряда параметров приблизительного расчета. Выполнение окончательного расчета.

    контрольная работа [157,7 K], добавлен 06.12.2009

  • Характеристика системы электроснабжения пассажирского вагона. Расчет мощности основных электропотребителей: вентиляции, отопления, охлаждения воздуха, освещения. Определение мощности источника электроэнергии. Выбор защитной и коммутационной аппаратуры.

    курсовая работа [791,3 K], добавлен 06.02.2013

  • Понятие кондиционера, история его появления и развития, классификация и разновидности исполнения. Основные узлы и принцип работы, этапы цикла охлаждения, контроль влажности воздуха. Характеристика современных систем кондиционирования для ресторанов.

    контрольная работа [461,0 K], добавлен 18.02.2011

  • Определение количества выделяющихся вредных веществ и расчет необходимых воздухообменов. Построение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме. Расчет основных рабочих элементов установки кондиционирования воздуха и подбор оборудования.

    курсовая работа [85,1 K], добавлен 11.02.2004

  • Выбор расчетного температурного режима работы фруктохранилища для яблок. Определение вместимости и площадей камер. Конструкция наружной стены холодильника типовая "сэндвич" панель. Подбор системы воздушного охлаждения с интенсивной циркуляцией воздуха.

    дипломная работа [765,7 K], добавлен 10.09.2012

  • Общая характеристика проблемы очистки воздуха от аммиака. Использование воды в качестве поглотителя. Описание схемы абсорбционной установки. Рассмотрение основных типов насосов для перемещения капельных жидкостей. Расчет теплообменного аппарата.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.12.2015

  • Влияние качества охлаждения на эффективность компрессорной установки, экономия потребляемой мощности при идеальном и реальном охлаждении. Анализ охладительных систем различных типов; конструкции элементов данных систем: теплообменники и газоохладители.

    дипломная работа [2,4 M], добавлен 12.02.2011

  • Отбор образцов, проб и выборок для исследования свойств текстильных материалов, методы оценки неровности текстильных материалов. Однофакторный эксперимент. Определение линейного уравнения регрессии первого порядка. Исследование качества швейных изделий.

    лабораторная работа [128,0 K], добавлен 03.05.2009

  • Описание принципиальной схемы холодильника. Рассмотрение основ процесса сжатия в компрессоре. Расчет охладителя воздуха. Теплопроизводительность промежуточного холодильника. Расход охлаждающей воды. Определение площади поверхности теплообменника.

    курсовая работа [133,5 K], добавлен 31.10.2014

  • Кондиционирование воздуха как создание и автоматическое поддержание в обслуживаемом помещении требуемых параметров и качества воздуха независимо от внутренних возмущений и внешних воздействий. Анализ основных требований к кондиционированию воздуха.

    презентация [127,1 K], добавлен 07.04.2016

  • Описание котельной и ее тепловой схемы, расчет тепловых процессов и тепловой схемы котла. Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, потерь теплоты, КПД топки и расхода топлива.

    дипломная работа [562,6 K], добавлен 15.04.2010

  • Общая характеристика цеха, технологический процесс нагрева проволоки в термотравильном агрегате. Описание функциональной схемы автоматизации, выбор ее типовых элементов. Автоматика разрабатываемой системы управления подачей воздуха в термотравителе.

    дипломная работа [242,5 K], добавлен 16.06.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.