|
|
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 l, коэффициент кинематической вязкости v, затем находят произведение (Gr×Pr), с и n и численную величину критерия Nu По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией , (2.1.15.) Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием aл определяется по формуле Стефана-Больцмана: aл = , (2.1.16.) где Е – степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м2×К4); С0 = 5,67 Вт/(м2×К4); 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 t¢ - 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 l=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 b = = 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 (Gr×Pr)= (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 aл = =0,52.20412Дж/м.чК4/550С-200С.( (550С+273/100)4-(200С+273/100)4)=12750Дж/м2ч.0С=12,753кДж/м2ч.0С a0 = aк + aл=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 режимПри 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; t¢¢ - 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 a, коэффициент теплопроводности l, коэффициент кинематической вязкости v, затем определяют произведение (Gr×Pr), 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 aл 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 l=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 b = = 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 (Gr×Pr)= (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 aл = =0,52.20412Дж/м.чК4/900С-200С. ( (900С+273/100)4-(200С+273/100)4)=15152,6Дж/м2ч.0С=15,2кДж/м2ч.0С a0 = aк + aл=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 l=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 b = = 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 (Gr×Pr)= (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 С0=5,67Вт(м2.К4)=5,67Дж/с.м2К4=20412Дж/м.ч.К4 aл = =0,52.20412Дж/м.чК4/400С-200С.( (400С+273/100)4-(200С+273/100)4)=11823,6Дж/м2ч.0С=11,8кДж/м2ч.0С a0 = aк + aл=1171,5 Дж/м2ч.0С+11823,6Дж/м2ч.0С =12995,1Дж/м2ч.0С=12,99кДж/м2ч.0С Gr = =0,0034.9,8Н/кг.(0,42)3м /(16.10-4м/с)2.400С-200С=1,9.104 (Gr×Pr)= (1,9.104. 0,69)=1,3.104 Nu=0,54(1,9.104. 0,69)1/4=5,8 =5,8.96,48Дж/ч.м.0С/0,7м=1332,3Дж/м2ч.0С=1,3кДж/м2.ч.0С С0=5,67Вт(м2.К4)=5,67Дж/с.м2К4=20412Дж/м.ч.К4 aл = =0,52.20412Дж/м.чК4/400С-200С.( (400С+273/100)4-(200С+273/100)4)=11823,6Дж/м2ч.0С=11,8кДж/м2ч.0С a0 = aк + aл=1332,3 Дж/м2ч.0С+11823,6Дж/м2ч.0С =13155,9Дж/м2ч.0С=13,2кДж/м2ч.0С =12995,1Дж/м2ч.0С.0,7м.0,2м.(400С-200С).0,25ч=9096,6Дж=9,1кДж Одинаковых стен по площади 2, следовательно 9096,6Дж.2=18193,2Дж=18,2кДж =13155,9Дж/м2ч.0С.0,42м.0,2м.(400С-200С).0,25ч=5525,5Дж=5,5кДж Одинаковых стен по площади 2, следовательно 5525,5Дж.2=11051Дж=11,1кДж =18193,2Дж+11051Дж=29244,2Дж=29,2кДж 2.Потери тепла через стены при стационарном режиме =600С; =0,5(600С+200С)=400С, тогда а=2,43.10-3 м/с; v=16,96.10-4 м/с l=0,0276 Вт/м. 0С =0,0276Дж/с.м. 0С =99,36Дж/ч.м. 0С Pr=16,96.10-4 м/с/2,43.10-3 м/с=0,698 b = = 1/273+600С-200С=0,0032 Gr = =0,0032.9,8Н/кг.(0,7)3м /(16,96.10-4м/с)2.600С-200С=15.104 (Gr×Pr)= (15.104. 0,698)=11.104 Nu=0,54(15.104. 0,698)1/4=9,7 =9,7.99,36Дж/ч.м.0С/0,7м=1376,8Дж/м2ч.0С=1,4кДж/м2.ч.0С С0=5,67Вт(м2.К4)=5,67Дж/с.м2К4=20412Дж/м.ч.К4 aл = =0,52.20412Дж/м.чК4/600С-200С. ( (600С+273/100)4-(200С+273/100)4)=13072,3Дж/м2ч.0С=13,1кДж/м2ч.0С a0 = aк + aл=13072,3Дж/м2ч.0С+1376,8Дж/м2ч.0С=14449,1 Дж/м2ч.0С=14,4 кДж/м2ч.0С Gr = =0,0032.9,8Н/кг.(0,42)3м /(16,96.10-4м/с)2.600С-200С=3,2.104 (Gr×Pr)= (3,2.104. 0,698)=2,2.104 Nu=0,54(3,2.104. 0,698)1/4=6,6 =6,6.99,36Дж/ч.м.0С/0,42м=1561,4Дж/м2ч.0С=1,6кДж/м2.ч.0С С0=5,67Вт(м2.К4)=5,67Дж/с.м2К4=20412Дж/м.ч.К4 aл = =0,52.20412Дж/м.чК4/600С-200С.( (600С+273/100)4-(200С+273/100)4)=13072,3Дж/м2ч.0С=13,1кДж/м2ч.0С a0 = aк + aл=13072,3Дж/м2ч.0С+1561,4Дж/м2ч.0С=14633,7 Дж/м2ч.0С=14,6 кДж/м2ч.0С =14449,1Дж/м2ч.0С.0,7м.0,2м.(600С-200С).0,12ч=9709,8Дж=9,7кДж Одинаковых стен по площади 2, следовательно 9709,8Дж.2=19419,6Дж=19,4кДж =14633,7Дж/м2ч.0С.0,42м.0,2м.(600С-200С).0,12ч=5900,31Дж=5,9кДж Одинаковых стен по площади 2, следовательно 5900,31Дж.2=11800,62Дж=11,8кДж = 19419,6Дж+11800,62Дж=31220,22Дж=31,2кДж
2.1.3.Определение расхода тепла на разогрев конструкции Для выполнения расчета расхода тепла на разогрев конструкции последней ведется только для нестационарного режима работы аппарата. Надо помнить, что расход тепла на разогрев конструкции макароноварки определяется выражением: , (2.1.23.) где - тепло, расходуемое на нагревание металлических конструкций макароноварки, кДж; - тепло, расходуемое на нагревание изоляции макароноварки, кДж; , (2.1.24.) где Gmi – масса i-го элемента металлической конструкции (крышка, перфорированная поверхность, внутренний котел и т.п.), кг. Для каждого элемента вес рассчитывается по формуле , (2.1.25.) где Vi – объем элемента i-ой конструкции, м3; ri – плотность материала элемента конструкции, кг/м3; cmi – удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×0С). Значение плотностей и удельных теплоемкостей отдельных материалов приведены в приложении В. Tmi – средняя конечная температура нагрева металлоконструкции котла, 0С. t0 – начальная температура металлоконструкции котла, 0С. Конечную температуру по элементам конструкции можно принять: - внутренняя поверхность варочной емкости – 1000С; - крышка макароноварки – 850С; - наружные стены – 55-600С; , (2.1.26.) где Gи – вес изоляционной конструкции макароноварки, кг; – толщина изоляционного слоя, м, определяется по формуле , (2.1.27.) где lи – коэффициент теплопроводности изоляционного материала в зависимости от средней температуры изоляции; q =α´0(tн.с-t0), Вт/м2, - удельные тепловые потери поверхности изолированного котла; си – теплоемкость изоляции, кДж/(кг×0С). tи – средняя температура нагрева изоляции, 0С. tи = , (2.1.28.) где tвар.ем – температура частей изоляции, касающихся варочной емкости, 0С; tн.с – температура частей изоляции, касающихся наружных стен,0С t0 – начальная температура изоляции, равная температуре окружающей среды, 0С. 1. Нагревание крышки Сталь нержавеющая: r=7800кг/м3; с=462Дж/кг0С =0,7м.0,42м.0,001м=0,000294м3. 7800кг/м3=2,3кг Q3 к=2,3 кг. 462Дж/кг0С(85-20)=69069Дж=69кДж2. Разогревание бака V=0,2.0,5.2.0,002+0,2.0,25.2.0,002+0,5.0,25.0,002=0,00085м3 =0,00085м3. 7800кг/м3=6,63 кг Q3 б=6,63 кг. 462Дж/кг0С(100-20)=245044,8Дж=245кДж 3. Нагревание перфорированной поверхности S=0,25м.0,5м=0,125м2; отверстий в перфорированной поверхности составляет 20% от общей площади, тогда площадь всех отверстий равна: S=0,125.0,2=0,025м2 Sодного отверстия =ПD2/4=3,14.(0,004)2/4=12,5.10-6м2 Nколичество отверстий =0,025м2/12,5.10-6м2=2000шт V1=0,25м.0,5м.0,001м=0,000125м3 V2=12,5.10-6м2.0,001м.2000шт=0,000025м3 V=0,000125м3-0,000025м3=0,0001м3 =0,0001м3. 7800кг/м3=0,78 кг Q3 п.п=0,78 кг. 462Дж/кг0С(100-20)=28828,8Дж=28,8кДж = 69Дж+245кДж+28,8кДж=342,8кДж 4. Нагрев теплоизоляции lи=0,059+0,00026.(90+50/2)=0,0772Вт/(м.0С) q =α´0(tн.с-t0)=3,65 Вт/м2.ч.0С(500С-200С)=109,5Вт/м2 =0,0772 Вт/(м.0С). (900С-500С)/109,5Вт/м2=0,028м=2,8см Fи=0,2м.0,42м.2+0,2м.0,7м.2=0,448м2 =0,028м.0,448м2.30=0,37632кг =0,37632кг.0,46.103.(900С-200С) =12116,86Дж=12,12кДж | ||||||||||||
Расход тепла, кДж |
Режим разогрева |
Стационарный режим |
Общий % от всех затрат |
||||||||||
Полезно используемое тепло |
6610,3 |
3344,91 |
86,5 |
||||||||||
Потери тепла в окружающую среду |
65,4 |
72,4 |
1,26 |
||||||||||
Потери тепла на разогрев конструкции |
599,92 |
- |
12,24 |
||||||||||
Итого |
727562 |
3417,31 |
100 |
3 Методика расчета электронагревателей
Для выполнения расчета электронагревателя надо знать его мощность, допустимые удельные мощности на поверхности трубки тэна, номинальное напряжение, рабочую температуру и среду, в которой будет работать нагреватель. Мощность электронагревателя определяется на основании мощности аппарата или его определенного узла, (жарочная поверхность, шкаф) и числа нагревателей в нем.
Мощность аппарата определяется из теплового баланса по формуле
, (3.2.1.)
где Q — максимальное тепло, подводимое к аппарату за время разогрева или стационарного режима (определяется из теплового баланса), Дж;
t — время разогрева или стационарного режима, с.
Мощность одного тэна Рэ определяется по формуле
, (3.2.2.)
где п — количество тэнов в аппарате, обусловленное назначением аппарата и схемой регулирования нагрева.
При расчете важно правильно выбрать диаметр проволоки. При завышении его потребуется большая длина проволоки, что вызовет перерасход дорогостоящего материала и увеличение габаритов нагревателя, при занижении диаметра – спираль быстрее перегорит.
Для выполнения расчета по таблице 3.1. выбираем допустимую удельную мощность W на поверхности трубки тэна в зависимости от рабочей среды.
Таблица 3.1.
Рабочая среда
Рекомендуемый материал оболочки тэна
Удельная
мощность W, Вт / м2
Вода
Жиры пищевые
Воздух
Нержавеющая сталь марки Х18Н10Т.
Ст. 10, Ст. 20 с защитным покрытием.
Ст. 10, Ст. 20 с защитным покрытием.
11 104
3 104
2,2 104
Длина активной части трубки тэна после опрессовки La выбирается в зависимости от размеров, формы и схемы размещения тэнов в зоне нагрева или по формуле
, (3.2.3.)
где D — наружный диаметр трубки тэна, м.
Длина активной части тэна до опрессовки Lа1 составляет
, (3.2.4.)
где g — коэффициент удлинения трубки после опрессовки; принимается равным 1,15.
Полная длина трубки тэна после опрессовки Lполн составляет
(3.2.5.)
где Lnолн—длина пассивных концов трубки тэна; принимается в пределах 0,04—0,05 м.
Электрическое сопротивление проволоки тэна после опрессовки составляет
, (3.2.6.)
где U—напряжение сети, В.
Сопротивление проволоки тэна до опрессовки составляет
Ro=R∙ar, (3.2.7.)
где ar.—коэффициент изменения электрического сопротивления проволоки в результате опрессовки; принимается равным 1,3.
Зная Ro, можно вычислить диаметр и длину проволоки спирали, пользуясь известными зависимостями:
, (3.2.8.)
где d—диаметр проволоки, м; принимается в пределах от 0,0004 до 0,001 м;
S—сечение проволоки, м2;
l—длина проволоки сопротивления (активная), м.
Длина проволоки тэна согласно формуле 3.2.9. будет равна
, (3.2.9.)
где d—принятый диаметр проволоки, м;
ρ—удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, определяемое по формуле, Ом×м2
r= ρ20 [1+а(t—20)], (3.2.10.)
где ρ20 —удельное сопротивление проволоки при 20° С; по таблице 3.1.;
а —температурный коэффициент сопротивления; принимается по таблице 3.1.
Таблица 3.1.
Марка сплава
Удельное сопротивление, при 200С, Ом∙м
Температурный коэффициент сопротивления, 1/0С
Допустимая температура, 0С
предельная
рабочая
Х15Н60
Х20Н80
Х13Ю4
0Х27Ю5А
(1,06…1,16) 10-6
(1,03…1,13) 10-6
(1,18…1,34) 10-6
(1,37…1,47) 10-6
0,17∙10-3
0,15∙10-3
0,15∙10-3
0,15∙10-3
1000
1100
1000
1300
950
1050
900
1250
Длина одного витка спирали в среднем составит
l в=1,07p(dст+d), м, (3.2.11.)
где 1,07—коэффициент, учитывающий пружинность спирали при навивке;
dст — диаметр стержня для навивки спирали.
Число витков спирали составит
, (3.2.12.)
Расстояние между витками равняется
, (3.2.13.)
Для нормального отвода тепла от спирали необходимо, чтобы расстояние между витками превышало диаметр проволоки спирали в два-три раза. Однако чем больше расстояние между витками, тем лучше условия работы спирали и тем она долговечнее.
Преобразуя формулу 3.2.13., получим коэффициент шага спирали
, (3.2.14.)
Потребное количество проволоки для одного элемента с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составит.
, (3.2.15.)
=7275,62кДж/900с=8,1кВт
=8,1кВт/6=1,35кВт
W=11.104Вт.м2
; D=P/LаWП
Найдем ширину тена: (0,5-2.0,05)/11=0,036м
R=0,018м
L=0,25-0,05-0,018=0,185м
=2.0,182+3,14.0,018=0,421м
Lа= Lnолн – 2Ln= 0,412-2.0,05=0,321м
D=P/LаWП=1,35кВт/0,321м.11.104м2.3,14=0,012м=12см
=0,321м/1,15=0,279м
=(220)2В/1496,7Вт=32,34Ом
Ro=R∙ar, =1,3.32,34=42,042Ом
;
r= ρ20 [1+а(t—20)]=1,34.10-6Ом.м (1+0,15.10-3(10000С-200С))=
1,537.10-6Ом.м
=42,042Ом.3,14.(0,4.10-3)2м/4/1,537.10-6Ом.м=3,44м
dвнут.=D-2=12мм-2=10мм
dст=10мм/2=5мм
l в=1,07p(dст+d)=1,07.3,14(0,005+0,5.10-3)=0,018м
=3,44м/18.10-3м=191витка
=0,321-191.0,4.10-3/191=0,00128м=1,28мм
=0,321м/191.0,4.10-3м=4,2
=3,37м+2.20.18.10-3м=4,09м
Заключение
В ходе выполнения курсового проектирования, пользуясь данными варианта, был составлен тепловой баланс макароноварки в период разогрева, состоящий из полезно используемого тепла, потерь тепла наружными поверхностями оборудования в окружающую среду, тепла, расходуемого на нагревание конструкции макароноварки.
На основе полученных результатов по тепловому балансу был произведен расчет производительности макароноварки и расчет трубчатых электронагревателей.
На основе произведенных расчетов был разработан чертеж конфигурации и месторасположения электронагревательных элементов оборудования и изображен электронагревательный элемент в разрезе с указанием конструктивных элементов.
Литература
1. Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М.: Экономика, 1976.-399 с.
2. Литвина Л.С., Фролова З.С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М., : Экономика, 1987.-248 с.
3. Дорохин В.А. Тепловое оборудование предприятий общественного питания.- Киев, 1987 г.
4. Белобородов В.В., Гордон Л.И. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М.,: Экономика, 1983, - 303.
5. Гинзбург А.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов- М.; Экономика, 1983,-303.
6. Литвина Л.С, Фролова З.С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания. М.: «Экономика», 1969, - 311с.
Страницы: 1, 2
Новости |
Мои настройки |
|
© 2009 Все права защищены.