 |
Потери тепла в окружающую среду шейкой котла
|
|
|
|
Боковая поверхность шейки котла
Fш=0,42 м2.
За период нагрева от комнатной температуры до кипения температура шейки в среднем:
tш=(100+20)/2=60 °С, в период кипения tш=100 °С.
Перепад температуры между tш и температурой воздуха для периода нагревания:
Dt=60-20=40 °С, а в период кипения Dt=100-20=80 °С.
Расчетная температура воздуха, соприкасающегося с шейкой котла:
В период нагревания: t°р=(60+20)/2=40 °С;
В период кипения: t°р=(100+20)/2=60 °С.
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием от шейки котла:
aл нагр=13,5 кДж/м3час°С,
aл кип=16,3 кДж/м3час°С.
Определяем коэффициент отдачи тепла конвекцией от шейки котла. При нагревании:
l=9,5·10-2 кДж/м час °С;
n=17,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/313.
При кипении:
l=10,1·10-2 кДж/м час °С;
n=19,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/383.
Gr=(gbDt dш3)/n2,
Grнагр=(9,81·40·0,623·1012)/(313·(17,62)=970·106,
Grкип=(9,81·80·1,0·0,623·1012/(383·(19,62)=1460·106, отсюда:
Коэффициент отдачи тепла:
aк нагр=Nu·l/dш=18,5кДж/м3час°С,
aк кип=Nu·lк/dш=22,7 кДж/м3час°С.
Потери тепла от шейки котла лучеиспусканием:
Q нагр=aл·Fш·Dt=192,6 кДж;
Q кип=aл·Fш·Dt=469 кДж.
Потери тепла от шейки котла конвекцией:
Q4 нагр=aл·Fш·Dt=305,7 кДж;
Q4 кип=aл·Fш·Dt=441,1 кДж.
Потери тепла в окружающую среду:
Q4 ш нагр= Qл+ Qк=498 кДж;
Q4 ш кип= Qл+ Qк=1210кДж.
Потери тепла крышкой котла
Поверхность крышки Fк=p·D2к/4=3,14·0,6382/4=0,36м2.
Выпуклостью крышки при определении поверхности пренебрегаем ввиду незначительности кривизны.
Принимаем, что при кипении температура крышки 95 °С.
В период нагревания температура возрастает с 20°С до 95°С.
Средняя температура:
tк=(95+20)/2=57,5 °С.
Перепад температуры между температурой крышки и температурой воздуха, соприкасающегося с крышкой:
tв=(57,5+20)/2=38,7 °С;
Для периода кипения перепад температур: Dt=95-20=70 °С, а расчетная температура воздуха:
|
|
|
tв=(95+20)/2=57,5 °С.
Коэффициент лучеиспускания равен:
aл нагр=13,2 кДж/м3час°С,
aл кип=15,5 кДж/м3час°С.
Определяем коэффициент отдачи тепла конвекцией:
При нагревании:
l=9,5·10-2 кДж/м час °С;
n=17,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/311,7.
При кипении:
l=4,1·10-2 кДж/м час °С;
n=19,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/383.
Gr=(gbDt dкр3)/n2,
Grнагр=(9,81·37,5·1,0·0,643·1012)/(311,7·(17,62)=950·106,
Grкип=(9,81·75·1,0·0,643·1012/(383·(19,62)=1430·106, отсюда:
Pr·Grнагр=0,722· 9,5·108=685·106,
Pr·Grкип=0,722· 14,3·108=1030·106, тогда
Коэффициент отдачи тепла:
aк нагр=Nu·l/dкр=17,2 кДж/м3час°С,
aк кип=Nu·lк/dкр=22,2 кДж/м3час°С.
Потери тепла крышкой лучеиспусканием:
Qл нагр=aл·Dt·Fк =178 кДж/час;
Qл кип=aл·Dt·Fк =418,7 кДж/час.
Потери тепла крышкой конвекцией:
Qл нагр=aк·Dt·Fк =232 кДж/час;
Qл кип=aк·Dt·Fк =599 кДж/час.
Потери тепла в окружающую среду:
Q5 нагр= Qл+ Qк=410 кДж/час;
Q5 кип= Qл+ Qк=1017 кДж/час.
Потери тепла в окружающую среду кожухом постамента и парогенератором котла
Поверхность постамента равна:
Fп=3,14·Dп·Hп=3,14·0,6·0,5=1,16 м3.
Поверхность дна парогенератора равна:
Fд=pd2/4=3,14·0,762/4=0,45 м2.
Ввиду быстрого нагревания воды в парогенераторе проводим общий расчет: для режима нагревания и режима кипения.
Температуру стенки парогенератора принимаем 108 °С.
Перепад температур между температурой стенки и температурой воздуха: Dt=108-20=88 °С.
Средняя расчетная температура:
tср=(108+20)/2=64 °С.
Коэффициент лучеиспускания равен:
aл =28,5/м3час°С,
Определяем коэффициент отдачи тепла конвекцией:
l=9,8·10-2 кДж/м час °С;
n=20,1·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/381.
Находим критерий Грасгофа:
Gr=(gbDt dЭ3)/n2,
Gr=(9,81·88·1,0·0,763·1012)/(381·(20,12)=1335·106,
Pr·Gr=0,722· 13,35·108=964·106,тогда
Коэффициент отдачи тепла конвекцией:
aк =Nu·l/dэ=133·2,38·10-2/0,76=21,5 кДж/м3час°С.
Потери тепла от парогенератора проходят вниз (на пол) и в стороны (на постамент и облицовку), отсюда тепло рассеивается в окружающую среду. Поверхность парогенератора Fп=0,2м2.
Qл =aл·Dt·Fк = 4036 кДж/час;
Qк=aк·Dt·Fк = 3040 кДж/час.
Учитывая, что теплоотдача от парогенератора, закрытого облицовкой постамента затруднена, по опытным данным вводим коэффициент Кr=0,16, тогда потери тепла составят:
|
|
|
Q5= Кr·(Qл+ Qк)=1151 кДж/час.
Общее количество тепла, расходуемое на потери в окружающую среду кожухом, шейкой, крышкой и парогенератором, составят:
Q5 нагр= Qз к+ Qк +Qш+ Qп=2658 кДж/час;
Q5 кипр= Qз к+ Qк +Qш+ Qп=4777 кДж/час.
Сводим результаты теплового расчета:
| Расход тепла (в кДж/час) | На нагрев | На кипение |
| 1 нагревание воды | 47800 | – |
| 2 нагревание конструкции | 4812 | – |
| 3 парообразование в рубашке | 3980 | – |
| 4 испарение | 1360 | – |
| 5 потери тепла в окружающую среду | 2570 | 4200 |
| Итого: | 58734 | 4320 |
Находим полную мощность электронагревательных элементов при нагреве в течении 1 часа:
Рmax=SQ/860=16 кВт.
Мощность, необходимая для поддержания слабого кипения:
Рmin=2161/860=2,5 кВт.
Принимаем шесть ТЭНа, мощность каждого Рэ=16/6=2,67 кВт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
1. Пищеварочные котлы превосходят серийные по следующим показателям:
- технологичности при изготовлении;
- эргономичности благодаря приспособленности к функциональной таре;
- возможности унификации в результате применения одинаковых панельных элементов;
- надежности вследствие жесткости панельных систем;
- коэффициенту полезного действия.
2. Для улучшения металлоемкости вертикально-циллиндрических котлов серийного типа при сохранении жесткости и устойчивости узла «варочный сосуд – греющая рубашка» к варочному сосуду присоединяется панель толщиной 1 мм с выштампованными паровыми клапанами размером 10х80 мм и межкапельной полосой шириной 20 мм (с помощью точечной или роликовой сварки). При этом металлоемкость серийных котлов типа емкостью 250 л уменьшается в 1,5…2 раза.
4. Панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансферавтоматов; дает возможность по меньшей мере на 50 % улучшить качество аппаратов, включая такие показатели, как металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность, позволяет унифицировать ряд важных деталей тепловых аппаратов с разными видами обогрева и различного технологического назначения; упрощает заводскую оснастку и производство.
|
|
|
|
|
|
