Расчет кпд насоса формула: Расчет кпд насоса формула

Коэффициент полезного действия (КПД) насоса

Коэффициент полезного действия любого агрегата рассчитывается как отношение полезной производительной мощности к потребленной мощности от привода в процессе эксплуатации. Поскольку еще не изобретен такой привод, благодаря которому передача энергии осуществлялась бы без каких-либо потерь, то, и величина коэффициента полезного действия (КПД), в любом случае, никогда не будет равной 100%.

Нулевое значение КПД можно получить, если агрегат работает, а подача жидкости при нарастающем давлении не происходит из-за закрытого нагнетательного клапана. Либо в случае, когда клапан открыт, жидкость перемещается, а давления в системе нет.

Другими словами, коэффициент полезного действия любого насоса может меняться в зависимости от эксплуатационного режима его функционирования. Значительно отличается КПД насосов, отличающихся размерами и конструкционными особенностями.

Например, значение КПД насоса, оснащенного мокрым ротором от 5 до 50%, с сухим ротором от 30 до 80%. Значение коэффициента полезного действия выпускаемых сегодня крупных насосов при максимальной нагрузке 90-92%, малых насосов 60-75%.

При расчете коэффициента полезного действия насосов необходимо учитывать все потери, которые возникают при передаче энергии привода к перекачиваемой жидкости. Их целесообразно разделять на механические, гидравлические и объемные.

Гидравлические потери складываются из вихревых потерь и потерь при трении жидкости о направляющие ее поверхности. В случае внезапного расширения сечения трубопровода, либо из-за резкого поворота потока, либо при скачкообразном отклонении режима работы насоса от предельно допустимых значений, возникают вихревые потери.

Потери трения пропорциональны квадрату средней скорости течения жидкости и в значительной степени зависят от габаритов и наличия неровностей на стенках проточной системы. К механическим относятся дисковые потери, возникающие при трении вращающихся деталей (рабочих колес и вала) о жидкость и потери от трения в сальниковых подшипниках.

Объемные потери возникают, когда часть жидкости, на перекачивание которой уже была затрачена энергия, из-за зазоров между рабочим колесом и неподвижными деталями корпуса насоса не поступает к выходному клапану, а возвращается во всасывающий трубопровод обратно.

КПД циркуляционных насосов — Элит Насос

КПД (коэффициент полезного действия) насосов Wilo, как и других агрегатов, определяется отношением производимой полезной мощности к количеству потребляемой энергии. Для обозначения показателя используют индекс η. Поскольку пока не существует приводов без потерь энергии, показатель мощности всегда меньше 100%.

Какие показатели учитывают при расчете общего КПД циркуляционного насоса?

Общий КПД насосного агрегата циркуляционного типа (η_tot) является произведением КПД механического или электрического мотора (η_M) и КПД гидравлической части (η_p):

η_tot = η_M × η_p

Как насосы отличаются по КПД?

Насосы различных типоразмеров существенно отличаются по КПД. Так, КПД агрегатов с мокрым ротором колеблется от 5% до 54% (в высокоэффективных моделях). Механизмы с ротором сухого типа имеют η_tot = 30-80%.

В зависимости от особенностей режима работы КПД в каждый конкретный момент времени изменяет значение от нуля до расчетного максимума. При закрытом клапане насос создает высокое давление, но, поскольку перемещения воды нет, КПД равно нулю. Аналогичная ситуация возникает при открытой трубе: воды перекачивается много, но без напора, а значит, КПД=0.

Как КПД зависит от характеристик насоса?

Наибольшим КПД циркуляционного насосного устройства, установленного в систему отопления, является в средней части его рабочих характеристик. Производители указывают этот оптимальный параметр в каталогах отдельно для каждой модели.

Поскольку механизм практически никогда не функционирует с постоянной подачей, при расчете системы важно определиться, что рабочая точка агрегата большую часть отопительного сезона будет находится в средней трети его характеристик. В таком случае можно обеспечить оптимальный КПД.

Какие факторы влияют на КПД?

КПД насосного агрегата зависит от его модели, размеров, эксплуатационного режима, возможных потерь энергии, передаваемой от привода к рабочей среде.

Существует 3 основных типа таких потерь:

• Гидравлические, обусловленные завихрениями жидкости при изменениях сечения или архитектуры трубопровода и трением рабочей среды о направляющие поверхности;
• Механические, возникающие из-за трения вращающихся крыльчатки и вала о жидкость и трения сальниковых подшипников;
• Объемные, вызванные обратным током уже перекачанной жидкости во всасывающий трубопровод.

Как точно рассчитать КПД гидравлической части?

Расчет выполняется по формуле:

η_p= (Q×H×ρ)/(P₂×367), где:

• η_{p— КПД гидравлики;}
• Q — подача, м³/ч;
• H — напор, м;
• ρ — плотность жидкости, кг/м³;
• P₂ — мощность агрегата, кВт;
• 367 — постоянный коэффициент

Каким бывает КПД стандартных насосов с сухим и мокрым ротором?

Ориентировочная информация о КПД насосов разной конструкции и мощности приведена в таблицах.

КПД насосов с ротором сухого типа:

КПД насосов с ротором мокрого типа:

Мощность и КПД насоса — Студопедия

Так как насос является преобразователем механической энергии в гидравлическую (рис. 9.3), то такое преобразование всегда связано с потерей энергии. К насосу подводится мощность N, а после насоса отводится полезная N_п в виде гидравлической, т.е. N_п<N (рис. 9.4). Такое неравенство оценивается коэффициентом полезного действия насоса η, т.е. ;

N_п= QH=рQ.

Рис.9.3.

Рис.9.4.

Часть подведенной мощности теряется (превращается в тепло). Потери мощности в насосе делят на механические, объемные и гидравлические.

Механические потери.Механическими потерями являются потери на трение в подшипниках, в уплотнениях вала и на трение элементов насоса о жидкость.

Мощность N_г, остающаяся за вычетом механических потерь, передается рабочими органами насоса жидкости. Ее принято называть гидравлической.

Величина механических потерь оценивается механическим КПД, который равен отношению оставшейся после преодоления механических сопротивлений гидравлической мощности N_г к мощности N, подведенной к насосу:

.

численное значение η_мех = 0,70…0,98.

Объемные потери.Жидкость, выходящая из рабочих элементов насоса, например, из рабочего колеса насоса, в основном поступает в напорный патрубок насоса, но частично возвращается снова на вход насоса через зазоры. Энергия этой возвращающейся жидкости теряется. Эти потери называются объемными. Утечки обусловлены тем, что давление на выходе больше, чем на входе. Кроме того имеются утечки через уплотнение вала. Они обычно малы, и ими можно пренебречь.

Объемные потери оценивают объемным КПД, равным отношению мощности , оставшейся за вычетом мощности, затрачиваемой на объемные потери, к гидравлической мощности N_г:

,

где N_о – мощность, затрачиваемая на объемные потери.

Так как каждая единица веса жидкости, протекающей через зазоры и уплотнения, уносит Н_т энергии, то объемный к.п.д. можно выразить как ,

где Q_Т – теоретическая подача; ΔQ – утечки.

численное значение = 0,90…0,98.

Меньшее значение к.п.д. характерно для динамических насосов, большее – для объемных.

Гидравлические потери.Третьим видом потерь энергии в насосе являются потери на преодоление гидравлического сопротивления подвода, рабочих элементов насоса, например, рабочего колеса лопастных насосов и отвода, или гидравлические потери. Они оцениваются гидравлическим к.п.д. η_г, который равен отношению полезной мощности насоса N_п к мощности N`:

или ,

где h_п – гидравлические потери; численное значение

Тогда полный к.п.д. насоса ; η = 0,35…0,96. меньшее значение характерно для насосов трения, большее – для крупных насосов.

Мощность насоса, т.е. мощность, которую необходимо подвести к насосу, определяют из выражения

или

размерность величин: ρ, кг/м³; g, м/с²; Q, м³/с; Н, м.

Двигатель к насосу должен быть выбран с некоторым запасом мощности К:

N_дв = К N.

Численное значение коэффициента запаса мощности от мощности насоса N:

Мощность и коэффициент полезного действия насоса — Студопедия

Полезную, или теоретическую, мощность насоса N (кВт) определяют как произведение весовой подачи на напор:

где pg— удельный вес жидкости, Н/м³; Q— объемная подача насоса, м/с; H— напор, развиваемый насосом, м.

Полезная (или теоретическая) мощность насоса Nп всегда меньше затрачиваемой мощности или мощности, подводимой к валу насоса N, так как в насосе неизбежно возникновение потерь энергии:

Общие потери (гидравлические, объемные и механические), возникающие при передаче энергии перекачиваемой жидкости, учитывает полный коэффициент полезного действия.

Гидравлическими потерями называют потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до выхода из него. Эти потери энергии учитываются гидравлическим КПД

где Н— требуемый напор насоса; h— потери напора внутри насоса.

В современных насосах КПД = 0,8…0,95.

Объемными потерями называют потери энергии, возникающие в результате утечки жидкости из нагнетательной части насоса во всасывающую. Например, через рабочее колесо выходит жидкость в количестве Qк, основная часть которой по ступает в напорный патрубок насоса, а другая часть возвращается на всасывание через зазоры в уплотнении между корпусом насоса и колесом. При этом теряется часть энергии. Эти потери оценивают объемным КПД насоса:

где Q — подача насоса; Qк — расход жидкости, проходящей через колесо насоса, в современных насосах 0,9…0,98.

Потери энергии, возникающие вследствие трения в подшипниках, сальниках, а также вследствие трения наружной поверхности рабочего колеса о жидкость, называют механическими потерями. Эти потери учитываются механическим КПД:

где N— мощность, подводимая к валу насоса; Nтр — потери мощности на преодоление сопротивления трения.

Механический КПД может составлять 0,95…0,98. Полный КПД насоса представляет собой произведение всех трех коэффициентов полезного действия:

и характеризует совершенство конструкции насоса и степень его изношенности.

Максимальный КПД крупных современных насосов достигает 0,9 и более, а КПД малых насосов может составлять 0,6…0,7.

На КПД насоса влияет коэффициент быстроходности. Общий характер этого влияния показывают кривые, приведенные на рис. из которых следует, что максимальные КПД соответствуют диапазону ns = 140…220 об/мин, причем существенное влияние оказывает подача Q, т. е. размер насоса. С ростом подачи Q увеличивается и КПД насоса.

Влияние быстроходности на характеристики (а)

При непосредственном соединении вала насоса с валом электродвигателя мощность Nдв (кВт) электродвигателя

где К— коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки двигателя; при мощности двигателя до 2 кВт рекомендуется принимать коэффициент К равным 1,5; от 2 до 5 кВт— 1,5…1,25; от 5 до 50 кВт- 1,25.. 1,15; от 50 до 100 кВт-1,15…1,05; более 100 кВт- 1,05.

Если вал насоса соединен с валом двигателя редуктором или ременной передачей, то мощность двигателя Nдв = KN/h пр , где h пр— КПД привода или редуктора.

1.4. Коэффициент полезного действия насоса

Эффективность использования энергии насосом оценивается его полным КПД η, который определяется как отношение полезной мощности к мощности на валу насоса

η= Nп /Nв

Внасосх потери мощности подразделяются на механические, гидравлические и объемные. В соответствии с этим вводятся поня-

тия механического ηм, объемного ηо и гидравлического ηг коэффициентов полезного действия.

Объемные потери мощности возникают в результате утечек среды через уплотнения в насосе и перетекания жидкости из области высокого давления в области более низкого. Эти потери учитываются объемным КПД ηо.

Гидравлический КПД ηг учитывает потери, возникающие вследствие наличия гидравлических сопротивлений в подводящем и отводящем трубопроводах, в рабочем колесе насоса.

Потери мощности на различные виды трения в рабочем органе насоса являются механическими потерями, и они учитываются механическим КПД ηм.

Полный КПД равен произведению гидравлического, механического и объемного КПД:

η= ηм ηг ηо.

1.5.Влияние частоты вращения рабочего колеса на параметры насоса

Впредположении постоянства коэффициентов полезного дейст-

вия ηо = const и ηг = const при изменении частоты вращения n→n′ параметры насоса можно пересчитать по формулам

1.6. Высота всасывания центробежного насоса

При работе насоса иногда может нарушиться нормальный режим работы и возникнуть кавитация.

Кавитацией называется образование пузырьков газа в объеме движущейся жидкости при снижении гидростатического давления и схлопывание этих пузырьков внутри жидкости в зоне, где давление повышается.

В центробежных насосах кавитация может возникнуть на лопатках вблизи входных кромок, где пониженное давление и максимальная скорость потока жидкости. Понижение давления на входе в насос обусловлено гидравлическими сопротивлениями во всасывающем трубопроводе, необходимостью поднятия жидкости от уровня всасывания до оси насоса, а также пониженным давлением

Высота всасывания зависит от давления на поверхности всасываемой жидкости. Если резервуар открытый, то она зависит от ат-

8

мосферного давления, и, как следствие, от высоты местности над уровнем моря (табл. 1).

Таблица 1 Среднее атмосферное давление в зависимости от высоты мест-

ности над уровнем моря

Чтобы не возникала кавитация, давление на входе в насос всегда должно быть больше давления парообразования рt перекачиваемой жидкости при данной температуре. При несоблюдении этого условия жидкость вскипает, и нарушается нормальная работа насоса. Давление рt сильно зависит от температуры (табл. 2).

Таблица 2 Давление парообразования воды (рt/ρg) при разных температурах

Разрежение в насосе не должно превышать некоторый предел, учитывающий запас, обеспечивающий отсутствие кавитации. Поэтому в уравнение всасывания вводится запас на кавитацию σН, где

σ − коэффициент кавитации, Н – полный напор, создаваемый насосом.

σ = 0,001218 n4 3Q2 3 , (n – частота вращения колеса в об/мин.).

H

Таким образом, предельная высота всасывания определяется выражением

Предельная высота всасывания зависит от давления на поверхности всасываемой жидкости, от ее температуры, подачи и характеристик трубопровода на участке всасывания.

При некоторых условиях высота всасывания может стать отрицательной, что требует установки насоса ниже уровня всасываемой жидкости. Возможны два различных случая расположения насоса относительно резервуара-источника жидкости (рисунок 3).

Впервом случае (рисунок 3а) насос установлен выше резервуара

сжидкостью, и это характерно при перекачивании жидкостей с низкой температурой. Установка на рисунке 3б предназначена для насосов, перекачивающих жидкости с высокой температурой, а также при всасывании насосами холодных жидкостей из резервуаров с пониженным давлением.

Правда и мифы о КПД теплового насоса | Полезное

Преимуществом альтернативных источников энергии является их доступность и дешевизна. Тепловые насосы (тн) используют преобразованную энергию воздуха, воды или грунта, которые являются бесплатными в отличие от газа или угля. Но следует учитывать, что при установке тепловых насосов большие капитальные вложения, которые требуют времени, чтобы окупиться.

Расчет КПД теплового насоса может привести к абсурдным значениям, когда он будет больше 100%. Стандартная формула вычисления КПД некорректна и ошибкой обычно является неучтенный источник энергии (воздух, вода или грунт). У тепловых насосов 2 источника энергии — это электричество и внешний источник тепла (энергия воды, грунта, воздуха), а обычные формулы учитывают только электроэнергию, поэтому получаются значения больше 100%.

Некорректный расчет КПД тн:

Исходные данные:

• потребление электричества 2 КВт;
• отдает в систему 5 Квт;
• из внешнего источника 6 Квт.

Расчет:

Pпотр./Pсети = 5/2 = 2,5

Такой расчет неправильный, так как здесь нет данных второго источника энергии.

Корректный расчет КПД тн:

Pпотр. /(Pсети + Pист.) = 5 /(2 + 6) = 0,63

Узнать количество низкопотенциальной энергии довольно затруднительно, что и приводит к ошибке.

Чтобы избежать неправильных расчётов были введены специальные коэффициенты:

• COP — определяет во сколько раз тепловая энергия, которую получил потребитель, превышает количество работы необходимой для переноса тепла от низкопотенциального источника;
• степень термодинамического совершенства — оценивает насколько действительный тепловой цикл насоса приближен к идеальному.

В поисках теплонасоса можно наткнуться на рекламное объявление, содержащее неправильную характеристику устройства. Продавцов, распространяющих подобные данные, следует остерегаться. Ведь заявлять, что КПД теплового насоса составляет 300 – 1000% – не только безграмотно, но и некорректно по отношению к покупателям.

Сравнение КПД тепловых насосов: вода, грунт, воздух

Поскольку реально оценить количество энергии, извлекаемой из альтернативного источника, задача достаточно сложная, сделать сравнение КПД тепловых насосов вода, грунт, воздух так же затруднительно. Разумнее сопоставить расходы на эксплуатацию оборудования и эффективность обогрева объекта.

Воздушный тепловой насос

Установка воздушного тн обходится дешевле, но он будет потреблять много электроэнергии. Его эффективность напрямую зависит от температуры окружающей среды. В сильные морозы — ниже -25°С — такое устройство обогрев помещения не обеспечит, есть модели до -40°С.

Водяной тепловой насос

Водяные тн начнут терять эффективность в сильные морозы, внешней энергии будет недостаточно и потребуется дополнительный источник тепла.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тн работают стабильно круглый год. Температура земли на глубине является неизменной, поэтому эффективность таких устройств от поры года не зависит. Однако, для бурения скважин и обустройства коллектора необходимо вложение крупных сумм денег, поэтому установка геотермального теплового оборудования оправдана только в расчете на долгосрочную перспективу.

Расчет COP теплового насоса

СОР рассчитывают на основании показателей температуры источника (Т1) и воды в системе обогрева (Т2), по формуле: СОР = Т2/(Т2 – Т1). Следует учитывать, что tº в этом случае измеряется в Кельвинах. К принятому у нас показателю в Цельсиях добавляют число 273 и производят дальнейшие расчеты.

Для примера: если tº земли составляет 5 градусов Цельсия, а в отопительном контуре она держится на уровне 55, сперва следует преобразовать данные в другую систему измерения: 5+273 = 278 К, 55+273 = 328 К.
СОР = 328 / (328 – 278) = 6,56.

Производя расчет COP теплового насоса, необходимо помнить, что он предполагает работу оборудования без учета потерь (при идеальных условиях). На практике значение COP будет гораздо ниже.

Температуру источника изменить невозможно, поэтому для повышения эффективности следует позаботиться о низкотемпературной системе отопления.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Расчеты и уравнения для насосов

Я знаю, какой максимальный PSI и максимальный GPM мне нужны. Насос какого размера мне нужен?

Формула поршневого насоса:
Требуемая минимальная мощность = макс. Галлонов в минуту × макс. Фунт / кв. Дюйм ÷ 1550

У меня есть помпа без ярлыков и спецификаций. Как узнать, на сколько галлонов в минуту (GPM) способен этот насос?

(Радиус плунжера × Радиус плунжера × 3.142) = кв. Дюймы круга
(Квадратные дюймы круга) × (Длина хода) × (Количество поршней) = Кубические дюймы жидкости на оборот
Кубические дюймы жидкости за оборот ÷ 231 = Галлонов за оборот
(Галлонов на оборот) × (Макс. Число оборотов в минуту) = Галлонов в минуту

ПРИМЕЧАНИЕ: Макс. Число оборотов в приведенном выше уравнении зависит от типа насоса, размера хода и других переменных. Дуплексные насосы часто работают со скоростью около 100 об / мин макс.в то время как триплексные насосы будут работать где-то между 100 и 400 об / мин.

У меня поршневой насос, и я знаю максимальную номинальную нагрузку на шток (в фунтах-футах). Я также знаю, какой размер поршня у моей помпы. Какой PSI будет производить мой насос?

Максимум. PSI = номинальная нагрузка на шток насоса ÷ (радиус плунжера × радиус плунжера x 3,142)

У меня поршневой насос, и я знаю максимальную номинальную нагрузку на шток (в фунтах-футах).Я также знаю, какой PSI мне нужен.
Плунжеры какого размера мне нужны?

Минимум Необходимый размер плунжера = квадратный корень из (Номинальная нагрузка на шток насоса ÷ Макс. Фунт / кв. Дюйм ÷ 3,142)

Я знаю, какой максимальный PSI и максимальный GPM мне нужны. Насос какого размера мне нужен?

Формула центробежного насоса:
Требуемая минимальная мощность = ((Макс GPM) × (Макс PSI) ÷ 1710) ÷ (Эффективность в процентах) × (удельный вес материала)

Как рассчитать PSI (давление в фунтах на квадратный дюйм) или TDH (общий динамический напор)?

Предположим, у вас есть одно измерение для вашей помпы, но нет другого:
PSI = TDH ÷ 2.31
TDH = PSI × 2,31

Как рассчитать мощность торможения, требуемую для центробежного насоса?

Требуемая тормозная мощность = Требуемый галлон в минуту × (Общий динамический напор) ÷ 3940 ÷ КПД

1 баррель = 42 галлона

галлона в минуту = барреля в день × 0,0292
GPM = BPD ×.3 в день) ÷ 1440 минут в день

Удельный вес используется при подборе размеров центробежного насоса. Жидкости с удельным весом более 1,0 тяжелее воды и, наоборот, жидкости с удельным весом ниже 1,0 легче воды и обычно плавают на воде.

.Инструмент расчета КПД насоса

Инструмент расчета КПД насоса (таблица MS Excel)

Введение в электронную таблицу

Этот инструмент рассчитывает энергоэффективность и энергоэффективность насосных установок для воды (и сточных вод). В следующем разделе справки описаны некоторые входные данные, вычисления и выходные данные этого инструмента.

Этот инструмент основан на инструменте, первоначально разработанном Энергетическим агентством Типперэри, Энергетическим агентством Мидлендса и Советом округа Керри .

Основные входы

• Потребление электроэнергии (измерено или на заводской табличке)
• Наработка
• Статическая головка (с чертежей)
• Сброс давления (от манометра)
• Расход (от расходомера или оценки)
• Средняя цена единицы (электроэнергии)

Основные выходы

• Энергоэффективность двигателя, насоса (гидравлики) и системы
• Потери в двигателях, насосах и трубопроводах
• Общее потребление энергии и стоимость энергии
• Выбросы CO2
• Показатели энергетической эффективности
• Сравнение фактической производительности с сертификатом эффективности передовой практики

Инструмент расчета КПД насоса

Связанный контент EEP с рекламными ссылками

,

Методика расчета энергосбережения ирригационного насоса с частотно-регулируемым приводом (ЧРП). Коммунальный округ № 1 округа Челан

Формулы насоса Имперские единицы и единицы СИ

Формулы насоса в британской системе мер и давление на напор H = напор, футы P = давление, фунты на квадратный дюйм H = напор, м P = давление, бар Массовый расход к объемному расходу = массовый расход, фунтм / ч ρ = плотность жидкости, фунт / фут 3 ṁ = массовый расход, кг / ч

Дополнительная информация

SPP Pumps Inc.Atlanta

SPP Pumps Inc. Внесены в список UL, одобренные FM комплекты пожарных насосов в Атланте.

Дополнительная информация

Драйвер ограничения давления (PLD)

Привод ограничения давления (PLD) Контроль давления нагнетания Контроль давления всасывания 9 июня 2009 г. Марк Эванс Кларк Продукты противопожарной защиты Джастин Струсс Кларк Обзор продуктов противопожарной защиты Выпуск

Дополнительная информация

МАТЕМАТИКА ДЛЯ ВОДНЫХ ОПЕРАТОРОВ

МАТЕМАТИКА ДЛЯ ВОДНЫХ ОПЕРАТОРОВ Глава 16: Математика Понимание математики гидравлики воды (потоки, давление, объемы, мощность, скорости) и обработки воды (время выдержки,

)

Дополнительная информация

Unidrive M Энергосбережение

Unidrive M Energy Savings Почему это важно? Некоторые данные: деньги, много денег> 13.Электродвигатели 5 м мощностью 1 л.с. или больше, установленные на промышленных предприятиях США. Промышленность тратит на электроэнергию более 33 млрд долларов в год

Дополнительная информация

Награды за эффективность орошения

Варианты вознаграждений за эффективность орошения для клиентов сельскохозяйственного орошения Внесите улучшения в свою ирригационную систему и получите финансовое вознаграждение от Idaho Power. Награды за эффективность орошения Custom

Дополнительная информация

ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНСУЛЬТАТИВНЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ

ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНСУЛЬТАТИВНЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ПО УПРАВЛЕНИЮ РИСКАМИ И ПРАКТИКЕ ПРЕТЕНЗИЙ Ноябрь 2014 г. www.willis.com ИСПЫТАНИЕ ПОЖАРНЫХ НАСОСОВ Пожарные насосы — важная часть системы противопожарной защиты, особенно когда они

Дополнительная информация

Обзор плана пожарного насоса, март 2010 г.

Обзор плана пожарного насоса март 2010 Дата рассмотрения: // Номер разрешения: Компания / Название здания: Адрес проекта: Имя проектировщика: Телефон проектировщика: Подрядчик: Телефон подрядчика: Класс занятости:

Дополнительная информация

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ Бюллетень

Компания Peerless Pump 2005 г.М.Л. King Jr. Street, P.O. Box 7026, Indianapolis, IN 46207-7026, USA Телефон: (317) 925-9661 Факс: (317) 924-7338 www.peerlesspump.com www.epumpdoctor.com ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Дополнительная информация

Часто задаваемые вопросы

Часто задаваемые вопросы Основы системы и клапана: 1. В: Что такое хорошие характеристики охлаждающего змеевика? A: Диапазон температур регулируется в пределах +/- 0,5 F (0,28 C) от охлаждающего змеевика при заданном значении или ниже.

Дополнительная информация

Системы сжатого воздуха

Эффективность Вермонт. Руководство по экономии. Помощь предприятиям Вермонта в экономии энергии и денег. Системы сжатого воздуха 888-921-5990 www.efficiencyvermont.com 1 Экономия денег и оптимизация производительности системы Воздушные компрессоры

Дополнительная информация

Pacific Pump and Power

Pacific Pump and Power 91-503 Nukuawa Street Kapolei, Hawaii 96707 Телефон: (808) 672-8198 или (800) 975-5112 Факс: (866) 424-0953 Электронная почта: sales @ pacificpumpandpower.com Веб: www.pacificpumpandpower.com Насосы

Дополнительная информация

Основная информация на паспортной табличке

Основная информация на паспортной табличке Общая информация: на паспортных табличках большинства оборудования содержится общая информация. Многие из них говорят сами за себя и включают: Производитель Адрес производителя

Дополнительная информация

Электродвигатели и приводы

EML 2322L Лаборатория проектирования и производства MAE Электродвигатели и приводы Для расчета пиковой мощности и крутящего момента, создаваемых электродвигателем, вам необходимо знать следующее: Напряжение питания двигателя,

Дополнительная информация

Критерии проектирования и цели обслуживания

4.1 Расчетный срок усовершенствований Расчетный срок службы компонента водной системы иногда называют сроком его полезного использования или сроком службы. Выбор расчетного срока службы является предметом суждения на основании

.

Дополнительная информация

Насосы ВЫБОР НАСОСА

НАСОСЫ ВЫБОР НАСОСА Система водоснабжения должна перемещать воду, произведенную из источника, к потребителям. Почти во всех случаях в Миннесоте источник находится на более низкой высоте, чем пользователь, поэтому вода

Дополнительная информация

Глава 3.5. Вентиляторы и нагнетатели

Часть I. Вопросы и ответы объективного типа Глава 3.5: Вентиляторы и нагнетатели 1. Параметр, используемый ASME для определения вентиляторов, нагнетателей и компрессоров: a) Соотношение вентилятора b) Конкретное соотношение c) Передаточное число d) Twist

Дополнительная информация

Глава 9 Санитарная канализация

Глава 9 Санитарная канализация S: / Проектирование / Нормы проектирования / Глава 9 29.12.2014 Раздел 9.1 Тема Общие требования Глава 9 Санитарная канализация Страница 9-1 9.2 Подача документов на план 9-1 9.3 Определение расхода

Дополнительная информация

Прикладная механика жидкости

Прикладная механика жидкостей, шестое издание, Дейтонский университет Роберта Л. Мотта Пирсон Пренткв Pearson Education International ГЛАВА 1 ПРИРОДА ЖИДКОСТЕЙ И ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТЕЙ 1.1 Общая картина

Дополнительная информация

Бюллетень с данными о продукте

Бюллетень данных о продукции Регулируемые частотные приводы и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха Руководство по применению Сентябрь 1994 г. Роли, Северная Каролина, США.S.A. ВВЕДЕНИЕ Все здания создают одну и ту же проблему: как нагреть или охладить воздух

Дополнительная информация

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ Бюллетень

Компания Peerless Pump 2005 Д-р М.Л. King Jr. Street, P.O. Box 7026, Indianapolis, IN 46207-7026, USA Телефон: (317) 925-9661 Факс: (317) 924-7338 www.peerlesspump.com www.epumpdoctor.com ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Дополнительная информация

Графики соотношения и производительности насоса

Графики соотношения насосов и производительности. Обучение концепции и теории Содержание Введение… 1 Обзор … 1 Как использовать этот модуль … 2 Цели обучения … 2 Текст … 2 Графики, иллюстрации … 2 Progress

Дополнительная информация

План измерения и проверки

План измерения и проверки Университет Флориды UF- # Название проекта Город, Флорида Вставить визуализацию проекта / фото здесь Подготовлено: Департамент строительства, планирования и строительства Университета Флориды

Дополнительная информация

,

Теоретический расчет предела эффективности солнечных элементов

2.1. Солнечный элемент как обратимый тепловой двигатель

Термодинамика широко используется для оценки предела эффективности процесса преобразования энергии. Предел производительности солнечного элемента рассчитывается либо термодинамикой, либо подходами детального баланса. Независимо от механизма преобразования в солнечных элементах, верхний предел эффективности был оценен с учетом только баланса потоков энергии и энтропии.В качестве первого шага солнечный элемент был представлен идеально реверсивным тепловым двигателем Карно, находящимся в идеальном контакте с резервуаром высокой температуры T _с (солнце) и низкой температурой T _{резервуаром} , представляющим окружающую среду. атмосфера. В соответствии с первым законом термодинамики извлеченная работа, выходная электрическая мощность ячейки, представлена ​​как разница между чистой энергией, поступающей от солнца, и энергией, рассеиваемой в окружающую среду.Модель показана на рисунке 1. Где Q ₁ — солнечная энергия, падающая на элемент, Q ₂ — количество энергии, протекающее от преобразователя к радиатору, а W — это работа, переданная нагрузке в виде электрической энергии ( W = Q ₁ — Q ₂ ). Эффективность этой системы определяется с использованием первого термодинамического закона как:

ηc = WQ1 = Q1-Q2Q1 = 1-Q2Q1E1

для реверсивного двигателя полная энтропия сохраняется, S = S1-S2 = 0, тогда;

Следовательно, КПД Карно может быть представлен как:

Этот КПД зависит просто от отношения температуры преобразователя, которая равна температуре окружающего радиатора, к температуре солнца.Этот КПД максимален ( η _c = 1 ), если температура преобразователя составляет 0 K и солнечная энергия полностью преобразуется в электрическую работу, а η _c = 0 если температура преобразователя идентична температуре солнца T _с система находится в тепловом равновесии, поэтому обмен энергией отсутствует. Если температура солнца составляет 6000K , а температура окружающей среды составляет 300K , эффективность Карно составляет 95 %, это значение представляет собой верхний предел для всех солнечных преобразователей.

Рисунок 1.

Принципиальная схема солнечного преобразователя, представленного как идеальный двигатель Карно.

Другой способ расчета эффективности обратимого теплового двигателя, в котором солнечный элемент считается преобразователем черного тела при температуре T _c , поглощая излучение от самого солнца черным телом при температуре T _s , без создания энтропии эта эффективность называется эффективностью Ландсберга [16].

При условии обратимости поглощенная энтропия от Солнца S _абс испускается двумя способами: одна излучается обратно к солнцу S _{испускает} , а вторая часть идет в тепло окружающей среды раковина S _a . При этом условии, солнечный элемент называется обратимым, если:

В соответствии с законом черного тела Стефана – Больцмана поглощенный тепловой поток от Солнца равен:

Для излучения черного тела поглощенная плотность потока энтропии равна:

Поток энергии, испускаемый преобразователем при температуре T _c , равен:

И поток испускаемой энтропии:

В этой модели источник черного тела (солнце) полностью окружает преобразователь при T _c , который предполагается в контакте с теплоотводом при T _a , затем T _c = T _a .Следовательно, энтропия, передаваемая теплоотводу, равна:

Sa = Sabs − Semit = 43σ (Ts3 − Tc3) E9

И переданный тепловой поток равен:

Qa = TcSa = 43σTc (Ts3 − Tc3) E10

Без энтропии, полезный рабочий поток составляет:

Следовательно, КПД Ландсберга можно вывести как:

ηL = WQabs = 1-43TcTs + 13 (TcTs) 4E12

Фактическая температура преобразователя T _c зависит от рабочего режима. точки преобразователя и отличается от температуры окружающей среды T _a , ( T _c ≠ T _a ).Чтобы сохранить то же предположение, что и при вычислении КПД Ландсберга, энтропия, передаваемая на внешний теплоотвод, переписывается как:

Qa = TaSa = 43σ Ta (Ts3-Tc3) E13

Мы приходим к более общей форме КПД Ландсберга η ‘:

η’L = 1- (TcTs) 4-43TaTs (1-Tc3Ts3) E14

На график нанесены обе формы эффективности Ландсберга ( η _L и η’ _L ). на рис. 2 для сравнения добавлена ​​кривая эффективности Карно.При 300 K η _L и η ’ _L совпадают при 93,33%, что немного ниже КПД Карно. Когда температура преобразователя превышает температуру окружающей среды ( T _c > T _a ), тепловой поток от преобразователя к солнцу меньше (в соответствии с моделью Ландсберга). Это означает, что преобразователь может потребовать много работы, что приведет к повышению эффективности.Когда T _c приближается к температуре солнца, чистый обмен энергией между солнцем и преобразователем падает, поэтому эффективность снижается и, наконец, до нуля для T _c = T _с .

Рис. 2.

Ландсберг и Карно Пределы КПД солнечного преобразователя в зависимости от температуры окружающей среды.

В модель Ландсберга включен закон излучения черного тела для Солнца и солнечного элемента, в отличие от предыдущего двигателя Карно.

Эта цифра представляет собой верхний предел эффективности преобразования солнечной энергии, особенно для солнечных элементов, которые в основном представляют собой квантовые преобразователи, поглощающие только фотоны с энергией выше или равной их ширине запрещенной зоны. С другой стороны, при расчете поглощенного солнечного излучения предполагалось, что преобразователь полностью окружен источником, что соответствует телесному углу 4π.

Используя тот же подход, можно разделить систему на две подсистемы, каждая со своей собственной эффективностью; двигатель Карно, который включает тепловой насос преобразователя при T _c и внешний радиатор при T _a , с КПД η _c (идеальный двигатель Карно ).

Температура окружающей среды принята равной 300 K , поэтому высокий КПД достигается, когда температура преобразователя выше температуры окружающей среды.

Вторая часть состоит из солнца в виде изотропного черного тела при T _с и резервуара конвертера, принятого как черное тело при температуре T _c . Поток энергии, падающий на Q _абс и испускаемый преобразователем солнечной энергии Q _{, излучаемый} , определяется как:

Qabs = C f σ Ts4 и Qemit = σ Tc4E16

, в котором f равно геометрический фактор, учитывающий ограниченный телесный угол, под которым солнечная энергия падает на преобразователь.В соответствии со схематическим изображением на фиг.3, где солнечный элемент представлен в виде плоского устройства, облучаемого окружающей полусферой областью и солнцем, проходящим под телесным углом ω _s под углом падения θ, f определяется как отношение площади, покрытой солнцем, к видимой площади полушария:

f = ∫ωscosθ dω∫2πcosθ dω = ωsπE17

ω _s — телесный угол, образуемый солнцем, где ω _с = 6.85 × 10 ^-5 ср. Коэффициент концентрации C ( C > 1) является мерой увеличения плотности тока энергии с помощью оптических средств (линзы, зеркала …). Максимальный коэффициент концентрации получается, если мы берем T _s = 6000 ° K :

σ Ts4 = Cmax f σ Ts4E18

Тогда

Cmax = 1 / f≈ 46200

Случай максимальной концентрации также соответствует схематическому случаю, когда предполагается, что солнце полностью окружает преобразователь, как предполагалось в предыдущих расчетах.

Аналогичная ситуация может быть получена, если телесный угол, через который фотоны вылетают из ячейки (угол излучения), ограничен узким диапазоном вокруг Солнца. Этого можно достичь, поместив кювету в полость, ограничивающую угол выхода фотонов.

Рис. 3.

Схематическое изображение преобразователя солнечной энергии в виде плоского элемента, облучаемого солнцем, проходящим под телесным углом ωs под углом падения θ.

КПД этой части системы (изолированной) определяется выражением:

итоговый КПД представляет собой просто произведение:

ηac = ηc.ηabs = (1-Tc4C f Ts4) (1-TaTc) E20

На этом рисунке представлена ​​общая эффективность безэнтропийного преобразования энергии излучателем-поглотителем черного тела в сочетании с двигателем Карно. Температура окружающей среды T _a принята равной 300 K . Если принять f равным ω _s / π = 2,18 × 10 ^-5 и без концентрации ( C = 1), мы получим очень низкое значение эффективности (около 6.78%), как показано на рисунке 4. Эффективность для концентраций 10, 100 и полной концентрации (46200) составляет соответственно 31,36, 53,48 и 85,38%. В этой модели солнечный элемент не находится в тепловом равновесии с окружающей средой ( T _c ≠ T _a ), тогда он обменивается излучением не только с солнцем, но и с радиатором окружающей среды. , Следовательно, энергия может производиться или поглощаться из окружающей среды, выступающей в качестве вторичного источника.Пренебрежение этим вкладом, естественно, снижает эффективность преобразователя, особенно при ° C = 1. Второе объяснение низкого значения эффективности — это заниженная оценка повторно испускаемого излучения из элемента, в рабочих условиях солнечный элемент повторно излучает излучение эффективно, особенно в точке разомкнутой цепи.

Рис. 4.

КПД ηac для различных уровней концентрации (C = 1, 10, 100 и Cmax) с пределами КПД солнечного преобразователя по Ландсбергу и Карно в зависимости от температуры окружающей среды.

2.2. Солнечный элемент как необратимый тепловой двигатель

Де Вос и др. Представили более реалистичную модель. [8], в котором только часть преобразовательной системы является обратимой, необратимой системой. Промежуточный резервуар тепла вставлен при температуре преобразователя T _c , этот источник нагревается солнцем до T _с (излучение черного тела) и действует как новый высокотемпературный насос в реверсивный двигатель Карно.В этой системе энтропия генерируется между резервуаром T _s и преобразователем, температура T _c является фиктивной и отличается от температуры окружающей среды T _a . Эффективная температура T _c зависит от скорости производства работ. В этой модели предполагается, что преобразователь солнечной энергии ведет себя как двигатель Мюзера, который сам является частным случаем двигателя Керзона-Альборна, как показано на рис.5, солнце представлено источником черного тела при температуре T ₁ = T _с солнечный элемент включает в себя тепловой резервуар, принимаемый как черное тело при T ₃ = T _c (температура преобразователя) и идеальный двигатель Карно, способный производить полезную работу (электрическая мощность), однако T _c связано с рабочим состоянием преобразователя.Этот двигатель контактирует с радиатором окружающей среды при T ₂ , что соответствует температуре окружающей среды T ₂ = T _a . В дополнение к поглощенной солнечной энергии, преобразователь поглощает излучение из окружающего резервуара, принимаемого за черное тело при T _a .

Рис. 5.

Принципиальная схема солнечного преобразователя, представленного как эндореверсивная система.

Чистый поток энергии, поступающий в преобразователь, включая падающий поток солнечной энергии f σ Ts4, поток энергии (1 − f) σ Ta4 из окружающей среды и поток энергии, излучаемый преобразователем, тогда составляет:

Q1 = f σ Ts4 + (1 − f) σ Ta4 − σ Tc4E21

КПД двигателя Мюзера (двигатель Карно):

Температуру преобразователя можно извлечь из η _M :

А КПД солнечной энергии определяется как отношение переданная работа падающему потоку солнечной энергии:

, следовательно,

ηS = ηM [1+ (1 − f) (1 − ηM) 4−1 (1 − ηM) 4Ta4f Ts4] E25

Тогда максимальная солнечная эффективность является функцией двух параметров; КПД Müser и температура окружающей среды.Из трехмерного изображения на рисунке 6 солнечной эффективности ( η _s ) относительно КПД Мюзера η _M и окружающей температуры T _a , эффективность высока, как температура очень низкая и исчезает при очень высокой температуре (поскольку T _a приближается к солнечной температуре). Для T _a = 289,23 K КПД равен 12.79%, если температура солнца 6000 ° K .

Рис. 6.

Поверхность солнечной эффективности ηs (ηM, Ta), Солнце как черное тело при Ts = 6000 ° K.

Общее выражение солнечной эффективности двигателя Мюзера получается, когда вводится коэффициент концентрации солнечного излучения C :

ηS = ηM [1+ (1 − C f) (1 − ηM) 4−1 (1− ηM) 4Ta4C f Ts4] E26

По сравнению с двигателем с КПД Карно КПД двигателя Müser, даже когда C является максимальным, остается низким.

Если отношение Ta4 / f Ts4 установлено на 1/4, как в [5], что дает хорошее приближение для температуры окружающей среды, T _a = 289,23 K , с T _с = 6000 К .

Следовательно, соответствующий η _S становится:

ηS = ηM [1+ (1 − C f) (1 − ηM) 4−14 (1 − ηM) 4] E27

В предположении T _a = 289,23 K максимальная эффективность без концентрации, т.е.е. солнечный элемент видит Солнце под телесным углом ω _s составляет 12,79%, что лучше, чем предсказанное значение Würfel [7], но все же очень мало, как показано на рисунке 8. Для концентрации, равной 10, 100 и C _MAX , КПД достигает 33,9, 54,71 и 85,7% соответственно.

Рис. 7.

Максимальный КПД солнечной энергии с использованием двигателя Müser для различных уровней концентрации (C = 1, 10, 100 и Cmax) с пределом КПД Карно как функция температуры окружающей среды.

Рис. 8.

Эффективность использования солнечной энергии с использованием двигателя Müser для различных уровней концентрации (C = 1, 10, 100 и Cmax) в зависимости от эффективности Müser.

.