Тепловой баланс. Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева (Q ) и стационарного (Q ) режимов работы кипятильника определяют по формулам

Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева (Q ) и стационарного (Q ) режимов работы кипятильника определяют по формулам

Q = Q_пол + Q + Q_раз

Q = Q_пол + Q +Q_исп

Мощность нагревательных элементов кипятильника определяется исходя из стационарного режима работы аппарата. По расходу энергии в период разогрева и имеющейся мощности нагревателей определяется время разогрева аппарата.

1. Полезное количество теплоты (Q_пол) в период разогрева – это количество теплоты затраченной на нагревание воды в водогрейном резервуаре и переливной трубе (5,2 + 0,2 = 5,4 кг), а в стационарном режиме – на получение кипятка (35 кг).

= cּmּ(t_к – t_н) = 4,19ּ5,4ּ(100 – 10) = 2036 кДж;

Q = cּmּ(t_к – t_н) = 4,19ּ35ּ(100 – 10) = 13198 кДж

2. Потери теплоты наружными стенками кипятильника (Q ) в окружающую среду складываются из теплопотерь боковой поверхностью и крышкой. Теплопотерями от дна кипятильника можно пренебречь, так как температура в нижней части кипятильника практически равна температуре окружающей среды. Потери теплоты определяются по формуле

Q = αּFּ(t_нар – t_окр)ּτ.

Площадь теплоотдающей поверхности (F):

боковой F_бок = πּD_кּH = 3,14ּ0,303ּ0,69 = 0,656 м²;

крышки F_кр = = = 0,072 м².

Среднее значение температур теплоотдающих поверхностей:

для периода разогрева:

боковой = = 32,6 ºС;

крышки = = 60 ºС

для стационарного режима: = 45,16 ºС; = 100 ºС

Коэффициент теплоотдачи для вертикальной поверхности (боковой) определяется по формуле (6.36)

для периода разогрева

= 9,76 + 0,07ּ(32,6 – 20) = 10,64 Вт/(м²ּºС);

для стационарного режима

= 9,76 + 0,07ּ(45,16 – 20) = 11,52 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи для горизонтальной поверхности (крышки) определяется по этой же формуле, но полученное значение увеличивается на 30 %.

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(60 – 20)] = 16,33 Вт/(м²ּºС);

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(100 – 20)] = 19,97 Вт/(м²ּºС).

Для периода разогрева исходя из технической характеристики кипятильника КНЭ-25 [5] примем предварительное время разогрева проектируемого кипятильника 10 мин (600 с). Тогда потери теплоты стенками кипятильника в период разогрева составят:

= 10,64ּ0,656ּ(32,6 – 20)ּ600 + 16,33ּ0,072ּ(60 – 20)ּ600 =

80985 Дж = 81 кДж;

в период стационарного режима (за один час) –

= 11,52ּ0,656 (45,16 – 20)ּ3600 + 19,97ּ0,072ּ(100 – 20)ּ3600 =

1098591 Дж = 1098 кДж

3. Потери теплоты на разогрев конструкции (Q_раз) кипятильника определяется по формуле

Q_раз = cּmּ(t_к – t_н) кДж,

где с – теплоемкость нержавеющей стали 0,468 кДж/кг;

m – нагреваемая масса кипятильника, кг;

t_к, t_н – конечная и начальная температуры элементов конструкции кипятильника, ºС.

Сборник кипятка, крышка, водогрейный резервуар и переливная труба нагреваются до 100 ºС, остальные элементы конструкции до 45,16 ºС. Элементы конструкции нагреваемые до 100 ºС по массе составляет примерно 0,6 от нагреваемой общей массы, а элементы конструкции нагреваемые до 45,16 ºС – примерно 0,4. Потерями теплоты на нагрев блока автоматики управления массой примерно 1,5 кг можно пренебречь. Соответственно нагреваемая масса (общая) составит 17,5 – 1,5 = 16 кг.

Q_раз = 0,468ּ0,6ּ16ּ(100 – 20) + 0,468ּ0,4ּ16ּ(45,16 – 20) = 435 кДж,

4. Потери теплоты на испарение (Q_исп) с уходящим из кипятильника паром определяются по формуле

Q_исп = ΔWּr кДж,

где ΔW – количество пара выходящего из кипятильника, кг;

r – теплота парообразования, 2256 кДж/кг.

Количество пара выходящего из кипятильника в окружающую среду в течении часа (ΔW) за счет неплотностей составляет примерно 1 % от его действительной производительности. Тогда потери теплоты на испарение составят

Q_исп = 37,5ּ0,01ּ2256 = 846 кДж.

5. Расход теплоты, кДж:

для периода разогрева

Q = Q_пол + Q + Q_раз = 2036 + 81 + 435 = 2552 кДж;

для периода стационарного режима

Q = Q_пол + Q +Q_исп = 13198 + 1098 + 846 = 15142 кДж.

Коэффициент полезного действия (η) кипятильника определяется в стационарном режиме как отношение полезно используемой теплоты (Q_пол) ко всей затраченной на процесс (Q )

η = = ּ100 = 87,2 %.

6. Мощность нагревательных элементов кипятильника, кВт:

для периода разогрева

P_раз = = = 4,253 кВт;

для периода стационарного режима

P_ст = = = 4,206 кВт.

Мощность нагревательных элементов (тэнов) для кипятильника принимается исходя из большей мощности, т. е. для периода разогрева. Для обеспечения равномерной нагрузки по фазам принимаем три тэна. Тогда мощность одного тэна

P₁ = 4,253: 3 = 1,417 кВт.

Округляем мощность одного тэна до 1,42 кВт, тогда общая мощность нагревателей кипятильника составит 4,26 кВт.

Дата добавления: 2015-06-30