122648 (592703), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

c_возд - теплоемкость воздуха:

c_возд = (с_в + c_п d_в/1000),

где с_в - теплоемкость сухого воздуха, при температуре 40С :

с_в = 1005 Дж/(кггр);

с_п - теплоемкость перегретого пара:

с_п = 2000 Дж/(кггр);

d_п - влагосодержание воздуха, при температуре 40С и относительной влажности 75% оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд= (1005+200036,9/1000) =1079 Дж/(кггр); m_возд - масса воздуха в расстойном шкафу;

m_возд = _возд V_возд ,

где _возд - плотность влажного воздуха в камере расстойного шкафа, при температуре 40С и относительной влажности 75%:

_возд = 1,11 кг/м³;

V_возд - объем воздуха в камере расстойного шкафа:

V_возд = 2 м³;

Таким образом:

m_возд = 1,11 2 = 2,22 кг;

Тепловой поток с поверхности ТЭНов

описывается с помощью уравнения конвективной теплопередачи:

Q_тэн = К_тэн (Т_тэн - Т_возд),

где Т_тэн - температура ТЭНов;

Т_возд - температура циркулирующего воздуха.

К_тэн - коэффициент, расчитываемый по формуле:

К_тэн = _тэн S_тэн ,

где S_тэн - площадь поверхности ТЭНов:

S_тэн = l_тэн d_тэн ,

где l_тэн = 2 м - длина ТЭНов;

d_тэн = 0,006 м - диаметр ТЭНов,

Откуда:

S_тэн = 2 0,006 = 0,0377 м²;

_тэн - коэффициент теплоотдачи ТЭНов. Данный коэффициент расчитывается по критериальному уравнению:

Nu = 0,238 Re_f^0,6 ,

где Re_f - число Рейнольдса, вычисляемое:

Re_f = d_тэн / ,

где - скорость потока воздуха:

= 5 м/c

d_тэн - диаметр ТЭНов - их определяющий размер:

d_тэн = 0,006 м;

- коэффициент кинематической вязкости, для воздуха при температуре 40С :

= 16,96 10^-6 м²/с.

Таким образом:

Re_f = 5 0,006 / 16,9610^-6 = 1769,

Следовательно:

Nu = 0,238 1769^0,6 = 21,15 ,

Откуда:

_тэн = Nu / d_тэн ,

где - коэффициент теплопроводности воздуха, при температуре 40С:

= 2,7610^-2 Вт/(мгр),

Значит:

_тэн = 21,15 2,7610^-2 / 0,006 = 97 Вт/(м² гр).

Таким образом:

К_тэн = 97 0,0377 = 3,6568 Вт/гр

и

Q_тэн = 3,6568 (Т_тэн - Т_возд).

При этом, излишки энергии ТЭНов идут на изменение их температуры:

,

где dT/dt - скорость изменения температуры ТЭНов;

Р_тэн - мощность ТЭНов.

P_тэн = 2000 Вт

Обоснование выбора такой мощности ТЭНов приведено в разделе 6

Q_тэн - тепловой поток с поверхности ТЭНов;

c_тэн - теплоемкость материала ТЭНов, для ТЭНов изготовленных из кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кггр);

m_тэн - масса ТЭНов:

m_тэн = _тэн l_тэн d_тэн² / 4 ,

где l_тэн = 2 м - длина ТЭНов;

d_тэн = 0,006 м - диаметр ТЭНов,

_тэн = 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн = 7100 2 (0,006)² / 4 = 0,4 кг,

В связи с тем, что в процессе расстойки необходимо поддерживать заданную температуру, ТЭНы включены только пока температура воздуха в камере расстойного шкафа меньше заданной. Как только температура воздуха превышает заданный предел на величину допустимого отклонения, система управления подает сигнал на отключение ТЭНов. При этом Р_тэн = 0. При падении температуры за нижний предел система управления подает сигнал на включение ТЭНов. При этом Р_тэн = Р_{тэн зад} , где Р_{тэн зад} - номинальная мощность ТЭНов.

Тепловой поток, получаемый тестовыми заготовками

Тепловой поток, получаемый тестовыми заготовками и используемый для их прогрева, может быть описан формулой конвективного теплообмена:

Q_теста = К_теста (Т_возд - Т_теста),

где К_теста = _теста S_теста ,

где S_теста - площадь поверхности тестовых заготовок:

S_теста = 2100,450,66 = 6 м²;

_теста - коэффициент теплоотдачи поверхности тестовых заготовок, расчитывается по экспериментальной критериальной формуле:

Nu = 0,216 Re^0,8,

где Re - число Рейнольдса, вычисляемое по формуле:

Re = l_тест / ,

где - скорость потока воздуха:

= 0,4 м/c

l_тест - определяющий размер тестовых заготовок:

l_тест = 0,25 м;

- коэффициент кинематической вязкости, для воздуха при температуре 40С :

= 16,96 10^-6 м²/с.

Таким образом:

Re = 0,4 0,25 / 16,9610^-6 = 5900,

Следовательно:

Nu = 0,216 5900^0,8 = 224,46 ,

Откуда:

_теста = Nu / l_тест ,

где - коэффициент теплопроводности воздуха, при температуре 40С:

= 2,7610^-2 Вт/(мгр),

Значит:

_теста = 224,46 2,7610^-2 / 0,25 = 24,8 Вт/(м² гр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 6 = 148,8 Вт/гр

и

Q_теста = 148,8 (Т_возд - Т_теста),

где Т_теста - температура тестовых заготовок, скорость изменения которой, с учетом того, что при расстойке в тестовых заготовках выделяется энергия Q_{теста выд}, составляет:

,

где c_теста - теплоемкость тестовых заготовок:

c_теста = 3000 Дж/(кггр)

m_теста - масса тестовых заготовок:

m_теста = n_{тест заг} m_{тест заг} ,

где n_{тест заг} =120 шт. - число тестовых заготовок;

m_{тест заг} = 0,46 кг - масса тестовой заготовки;

Откуда:

m_теста = 120 0,46 = 55,2 кг,

Тепловой поток, получаемый тележками

Аналогично, тепловой поток, получаемый тележками и используемый для их прогрева, также может быть описан формулой конвективного теплообмена:

Q_тел = К_тел (Т_возд - Т_тел),

где К_тел = _тел S_тел ,

где S_тел - площадь поверхности тележек:

S_тел = 2 (100,450,66 + 440,021,8) = 7 м²;

_тел - коэффициент теплоотдачи поверхности тележек, расчитывается по экспериментальной критериальной формуле:

Nu = 0,064 Re^0,8,

где Re - число Рейнольдса, вычисляемое по формуле: Re = l_тел / ,

где - скорость потока воздуха:

= 0,4 м/c

l_тел - определяющий размер тележек:

l_тел = 0,66 м;

- коэффициент кинематической вязкости, для воздуха при температуре 40С :

= 16,96 10^-6 м²/с.

Таким образом:

Re = 0,4 0,66 / 16,9610^-6 = 15566,

Следовательно:

Nu = 0,064 15566^0,8 = 144,52 ,

Откуда:

_тел = Nu / l_тел ,

где - коэффициент теплопроводности воздуха, при температуре 40С:

= 2,7610^-2 Вт/(мгр),

Значит:

_тел = 144,52 2,7610^-2 / 0,66 = 6 Вт/(м² гр).

Таким образом:

К_тел = 6 7 = 42 Вт/гр

и Q_тел = 42 (Т_возд - Т_тел),

где Т_тел - температура тележек, скорость изменения которой:

,

где c_тел - теплоемкость тележек:

c_тел = 500 Дж/(кггр);

m_тел - масса тележек:

m_тел = 50 кг.

Потери теплоты через стенки расстойного шкафа

рассчитываются по уравнению теплопередачи:

Q_ст = К_ст (Т_возд - Т_ос),

где Т_ос - температура окружающей среды.

К_ст = k_cт S_ст ,

где S_ст - площадь стенок камеры расстойного шкафа:

S_ст = (1,85(1,4+0,7)+1,40,7)2 = 9,73 м²;

k_ст - коэффициент теплопередачи через стенки:

,

где _ст - толщина стали стенок расстойного шкафа:

_ст = 0,001 м;

_утепл - толщина утеплителя:

_утепл = 0,03 м;

_ст - коэффициент теплопроводности стальных стенок расстойного шкафа:

_ст = 45 Вт/(мгр);

_утепл - коэффициент теплопроводности утеплителя:

_утепл = 0,1 Вт/(мгр);

₁ - общий коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенок расстойного шкафа;

₂ - общий коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенок расстойного шкафа.

Общие коэффициенты теплоотдачи методически оцениваются одинаково - как сумма коэффициентов теплоотдачи конвекцией (_кон) и излучением (_изл),

_общ = _кон + _изл ,

где первая составляющая:

_кон = Nu / h_ст ,

где - коэффициент теплопроводности воздуха;

h_ст - определяющий размер стенок камеры расстойного шкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициент подобия Нуссельта:

Для омывания газами вертикальных поверхностей:

Nu = 0,15(Gr_воздPr_возд)^1/3,

где Pr - число Прандтля характеризует собой свойства среды;

Gr = gh_ст³t/² - число Грасгофа,

где g - ускорение свободного падения;

t - температурный перепад между средой и омываемой ею поверхностью;

- функция, связывающая изменение плотности среды с температурой. Для газов можно принять:

= 1/T;

- коэффициент кинематической вязкости среды.

вторая составляющая общего коэффициента теплоотдачи:

,

где _ст - степень черноты стенок:

_ст = 0,9;

Т_ст - температура стенок, С;

_ст - постоянная Стефана-Больцмана:

_ст = 5,67 Вт/(м₂К⁴).

Исходя из того, что температура на внутренней и внешней поверхности стенок расстойного шкафа является неизвестной величиной, принимаем в первом приближении:

₁ = ₂ = 10 Вт/(м²гр);

Тогда коэффициент теплопередачи через стенки расстойного шкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ( 40 - 20 ) 9,73 = 390 Вт.

При этих данных температура на внутренней поверхности стенок камеры расстойного шкафа составит

,

аналогично, на наружной поверхности

,

Во втором приближении:

Для внутренней поверхности стенок:

Pr₁ = 0,699 (при T = 40 С)

Учитывая, что при T = 40С

_возд = 16,9610^-6 м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15(Gr₁Pr₁)^1/3=0,15(2,759610⁹0,699)^1/3=186,724

Откуда, учитывая, что при T = 40С

_возд = 2,75610^-2 Вт/(мгр),

получим

_кон1 = Nu_1возд/h_ст=186,7242,7610^-2/1,85 = 2,79 Вт/(м²гр)

Значение коэффициента теплоотдачи излучением:

Следовательно, общий коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенок расстойного шкафа составляет

₁ = _кон1 + _изл1 = 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²гр).

Аналогично, для внешней поверхности стенок расстойного шкафа:

Pr₁ = 0,703 (при T = 20 С)

Учитывая, что при T = 20С

_возд = 15,0610^-6 м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15(Gr₂Pr₂)^1/3=0,15(3,738810⁹0,703)^1/3=207

Откуда, учитывая, что при T = 20С

_возд = 2,5910^-2 Вт/(мгр),

получим

_кон2 = Nu_2возд/h_ст=2072,5910^-2/1,85 = 2,898 Вт/(м²гр)

Значение коэффициента теплоотдачи излучением:

Следовательно, общий коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенок расстойного шкафа составляет

₂ = _кон2 + _изл2 = 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²гр).

Коэффициент теплопередачи через стенки расстойного шкафа во втором приближении составит:

откуда потери теплоты через стенки расстойного шкафа:

Характеристики

Список файлов ВКР