123429 (689472), страница 2
Текст из файла (страница 2)
, (2.1.9.)
где 
- потери тепла через стенки макароноварки в окружающую
среду, кДж;
- потери тепла через крышку макароноварки в окружающую
среду, кДж;
- потери тепла через дно макароноварки в окружающую среду, кДж.
Теплопотери через дно незначительны, поэтому при расчете не учитываются.
Потери тепла определяются по формуле:
Q2 = 
; (2.1.10.)
где F – поверхность ограждения (крышка, стенки), м2;
0 – коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2час. 0С;
tп – средняя температура поверхности ограждения, 0С;
t0 – температура окружающей среды, 0С;
- продолжительность периода варки в часах.
В процессе отдачи тепла ограждением котла имеет место теплоотдача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле:
0 = к + л, (2.1.11.)
где к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м2час0С;
л – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, кДж/м2час0С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при вынужденном или свободном движении воздуха, относительно теплоотдающей поверхности.
Надо помнить, что при вынужденном движении коэффициент теплоотдачи определяется при помощи критерия Рейнольдса Re и Прандтля Pr. Первый из них характеризует динамику потока, второй – физические константы рабочего тела.
Необходимо знать, что отдача тепла стенками аппарата в окружающую среду происходит при свободном движении воздуха, поэтому определяющими являются критерии Грасгофа Gr и Прандтля Pr. Первый характеризует интенсивность конвективных потоков, возникающих вследствие разностей плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ними и стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей поверхности.
На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu, включающий значение коэффициента теплоотдачи конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие.
Указанные критерии имеют следующий вид:
Re = 
; Pr = 
; Gr = 
; Nu = 
;
где а – коэффициент температуропроводности воздуха, м2/с;
g – ускорение силы тяжести, м/с2;
- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м0С;
- коэффициент объемного расширения воздуха, I/0С;
= 
, (2.1.12.)
к – коэффициент теплоотдачи конвекцией. Вт/м20С;
l – определяющий геометрический размер, м;
v – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с;
t – перепад температур между ограждением и воздухом
. (2.1.13.)
При свободной конвекции в неограниченном пространстве критериальное уравнение имеет вид:
Nu = c(GrPr)n, (2.1.14.)
Величины с и n для отдельных областей изменения произведения (GrPr) можно принять из таблицы 2.1.:
Таблица 2.1.
| с | п |
| 110-3 - 5102 5102 - 2107 2107 - 11013 | 1,18 0,54 0,135 | 1/8 ¼ 1/3 |
Определяющим геометрическим размером при этом может являться диаметр котла или высота ограждения.
Определяющей температурой является полусумма температур рабочего тела (воздуха) и стенки.
Например, средняя температура одностенной крышки котла к концу разогрева составляла 900С, а начальная температура ее была 200С, тогда средняя температура крышки в период разогрева будет равна:
,
а определяющая температура воздуха вблизи крышки:
0,5(55+20)=37,50С.
По величине определяющей температуры воздуха выбирают по таблице физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности а, коэффициент теплопроводности , коэффициент кинематической вязкости v, затем находят произведение (GrPr), с и n и численную величину критерия Nu
По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией
, (2.1.15.)
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием л определяется по формуле Стефана-Больцмана:
л = 
, (2.1.16.)
где Е – степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов
С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м2К4); С0 = 5,67 Вт/(м2К4);
tп – средняя температура теплоотдающей поверхности, 0С;
t0 – температура окружающего поверхность воздуха, 0С;
Тп – абсолютная температура поверхности ограждения, К
Тп = tп+273
Т0 – абсолютная температура окружающей среды, 0К
Т0 = t0+273
Нестационарный режим.
Для расчета потерь тепла в окружающую среду можно пользоваться формулой:
, (2.1.17.)
где - время разогрева аппарата, час;
- коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2час0С;
- средняя температура поверхности ограждения за время разогрева, 0С
, (2.1.18.)
tК –температура поверхности ограждения к концу разогрева, 0С;
tН – начальная температура поверхности ограждения принимается равной температуре окружающей среды, 0С.
Температуру отдельных поверхностей макароновареи к концу разогрева можно принять:
а) для стен tк = 60 – 650С;
б) для одностенной крышки макароноварки tк = 85 – 900С;
в) для двухстенной крышки макароноварки tк = 70 –750С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией определяющая температура для воздуха, окружающего корпус (ограждение) будет равна:
, (2.1.19.)
1. Потери через крышку
0,5 (550С+200С)=37,50С – это определяющая температура воздуха вблизи крышки, по ней принимаем следующие величины:
а=2,43.10-3 м/с; v=16,96.10-4 м/с
=0,0276 Вт/м.0С=0,0276Дж/см. 0С =99,4Дж/ч.м. 0С
Pr=16,96.10-4 м/с/2,43.10-3 м/с=0,69
= = 1/273+550С-200С=0,00325
Gr = =0,00325.9,8Н/кг.(0,7)3м /(16,96.10-4м/с)2.550С-200С=13,3.104
(GrPr)= (13,3.104. 0,69)=9,2.104
Nu=0,54(13,3.104. 0,69)1/4=9,4
=9,4.99,44Дж/ч.м.0С/0,7м=1334,8Дж/м2ч.0С=1,3кДж/м2.ч.0С
С0=5,67Вт(м2.К4)=5,67Дж/с.м2К4=20412Дж/м.ч.К4
л = =0,52.20412Дж/м.чК4/550С-200С.( (550С+273/100)4-(200С+273/100)4)=12750Дж/м2ч.0С=12,753кДж/м2ч.0С
0 = к + л=1334,8 Дж/м2ч.0С+12750Дж/м2ч.0С =14084,8Дж/м2ч.0С=14,1кДж/м2ч.0С
=14084,8Дж/м2ч.0С.0,7м.0,42м.(550С-200С).0,25ч=36233,15Дж=36,2кДж
Стационарный режим
При стационарном режиме потери тепла в окружающую среду определяется:
, (2.1.20.)
где 
- коэффициент теплоотдачи при стационарном режиме от поверхности в окружающую среду, кДж/м2час0С;
- средняя температура поверхности ограждения при стационарном режиме, 0С; const для данной поверхности; принять равной температуре отдельных поверхностей к концу разогрева tк;
- продолжительность стационарного режима варки, час.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяющая средняя температура воздуха, соприкасающегося с ограждением, будет равна:
, (2.1.21.)
При этой температуре для стационарного режима выбираю физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности , коэффициент теплопроводности , коэффициент кинематической вязкости v, затем определяют произведение (GrPr), величины с и n и численную величину критерия Nu.
По значению критерия Nu при стационарном режиме определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией 
, (2.1.22.)
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием л определяется по формуле Стефана-Больцмана:
=
2. Потери через крышку
=900С; =0,5(900С+200С)=550С, тогда
а=2,71.10-3 м/с; v=18,97.10-4 м/с
=0,0291 Вт/м. 0С =0,0291Дж/с.м. 0С =104,76Дж/ч.м. 0С
Pr=18,97.10-4 м/с/2,71.10-3 м/с=0,7
= = 1/273+900С-200С=0,00292
Gr = =0,00292.9,8Н/кг.(0,7)3м /(18,97.10-4м/с)2.900С-200С=19.104
(GrPr)= (19.104. 0,7)=13,3.104
Nu=0,54(13,3.104. 0,7)1/4=10,3
=10,3.104,76Дж/ч.м.0С/0,7м=1541,5Дж/м2ч.0С=1,5кДж/м2.ч.0С
С0=5,67Вт(м2.К4)=5,67Дж/с.м2К4=20412Дж/м.ч.К4
л = =0,52.20412Дж/м.чК4/900С-200С.
( (900С+273/100)4-(200С+273/100)4)=15152,6Дж/м2ч.0С=15,2кДж/м2ч.0С
0 = к + л=1541,5 Дж/м2ч.0С+15152,6Дж/м2ч.0С =16694,1Дж/м2ч.0С=16,7кДж/м2ч.0С
=16694,1Дж/м2ч.0С.0,7м.0,42м.(900С-200С).0,12ч=41227,75Дж=41,2кДж
1.Потери тепла через стены при нестационарном режиме
=600С+200С/2=400С
0,5 (400С+200С)=300С – это определяющая температура воздуха вблизи стен, по ней принимаем следующие величины:
а=2,29.10-3 м/с; v=16.10-4 м/с
=0,0268 Вт/м.0С=0,0268Дж/см. 0С =96,48Дж/ч.м. 0С
Pr=16.10-4 м/с/2,29.10-3 м/с=0,69
= = 1/273+400С-200С=0,0034
Gr = =0,0034.9,8Н/кг.(0,7)3м /(16.10-4м/с)2.400С-200С=8,9.104
(GrPr)= (8,9.104. 0,69)=6,1.104
Nu=0,54(8,9.104. 0,69)1/4=8,5
=8,5.96,48Дж/ч.м.0С/0,7м=1171,5Дж/м2ч.0С=1,2кДж/м2.ч.0С
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
