Физические параметры сухого воздуха

t, ºC	ρ, кг/м^3	c p, кДж/(кгּК)	λ, Вт/(мּК)	а ּ10^5, м^2/с	νּ10^6, м^2/с	Pr
	1,293	1,0048	0,0245	1,88	13,28	0,707
	1,247	1,0048	0,0252	2,01	14,16	0,705
	1,205	1,0048	0,0260	2,15	15,06	0,703
	1,165	1,0048	0,0268	2,29	16,00	0,701
	1,128	1,0048	0,0276	2,43	16,96	0,699
	1,093	1,0048	0,0284	2,56	17,95	0,698
	1,060	1,0048	0,0291	2,71	18,97	0,696
	1,029	1,0090	0,0297	2,86	20,02	0,694
	1.000	1,0090	0,0306	3,01	21,09	0,692
	0,972	1,0090	0,0314	3,20	22,10	0,690
	0,946	1,0090	0,0322	3,36	23,13	0,688
	0,898	1,0090	0,0335	3,70	25,45	0,686
	0,854	1,0132	0,0349	4,04	27,80	0,684
	0,815	1,0174	0,0364	4,40	30,09	0,682

Критерий Грасгофа характеризует интенсивность конвективных токов, возникающих вследствие разности плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ним и стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей поверхности. Критерий Прандтля – физические константы рабочего тела (воздуха).

На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта (Nu), включающий значение коэффициента теплоотдачи конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие.

Nu = , (6.32)

где α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м^{2 ּ} К);

Nu = Cּ(GrּPr)ⁿ, (6.33)

где С и n – постоянные, зависящие от режима движения воздуха (ламинарный, переходный, турбулентный), определяемого произведением GrּPr.

При ламинарном режиме все частицы воздуха движутся по параллельным траекториям. Для этого режима

GrּPr = 1ּ10 ÷ 5ּ10²; С = 1,18; n = ¹/₈.

При переходном режиме часть частиц воздуха движется по параллельных траекториям, а часть по запутанным. Для этого режима

GrּPr = 5ּ10² ÷ 2ּ10⁷; С = 0,54; n = ¹/₄.

При турбулентном режиме все частицы воздуха движутся по запутанным траекториям. Для этого режима

GrּPr = 2ּ10⁷ ÷ 1ּ10¹³; С = 0,135; n = ¹/₃.

По значению критерия Нуссельта определяется искомый коэффициент теплоотдачи конвекцией

α_к = . (6.34)

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется с использованием формулы Стефана-Больцмана

α_л = , (6.35)

где ε – степень черноты теплоотдающей поверхности (см. табл. 6.2);

5,7 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м² ּ К⁴);

В ряде случаев (при теплоотдаче в закрытых помещениях при температуре ограждений не выше 150 ºС), суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием (α) допускается определять приближенно по следующей эмпирической формуле:

α = 9,7 + 0,07ּ(t_ст − t_в). (6.36)

Данная формула справедлива для вертикальных поверхностей. Если теплоотдающая поверхность горизонтальная, то при теплоотдаче вниз полученное значение следует уменьшить на 30 %, а вверх – увеличить на 30 %.

Потери теплоты на разогрев конструкции (Q ) определяют для нестационарного режима работы аппарата. При этом при разогреве аппарата отдельные его части, изготовленные из различных материалов имеющих разную теплоемкость, нагреваются до различной температуры. Затраты на разогрев конструкции определяют по формуле:

Q = (6.37)

где Q – потери теплоты на разогрев конструкции, кДж;

m _i – масса i -го элемента конструкции аппарата, кг;

c _i – теплоемкость материала (табл. 6.2, 6.7) i -го элемента конструкции аппарата, кДж/(кг ּ К);

t , t – конечная и начальная температура i -го элемента конструкции аппарата, ºС.

Масса элемента конструкции либо принимается исходя из массы аналога, либо рассчитывается по следующей формуле:

m _i = V _i ּρ _i, (6.38)

где V _i – объем i -го элемента конструкции аппарата, м³;

ρ _i – плотность материала (табл. 6.2, 6.7) i -го элемента конструкции аппарата, кг/м³.

При выпечке некоторых мучных изделий требуется дополнительное увлажнение греющей среды рабочей камеры. Для этого в камеру подается пар либо вода, которая, нагреваясь в аппарате, превращается в пар. Пар, конденсируясь на поверхности теста, сорбируется его массой и интенсивно нагревает его на начальной стадии выпечки, что улучшает качество готовой продукции.

Потери теплоты на увлажнение камеры (Q ) будут складываться из потерь на нагревание воды до температуры кипения, на парообразование, перегрев пара и определяются по формуле

Q = с_вּm_вּ(t – t ) + DW ּ r + с ּ DW ּ (t + t ), (6.39)

где с_в – теплоемкость воды (4,19), кДж/(кгּК);

с – теплоемкость пара (2,01) кДж/(кг ּ К);

m_в – масса воды, кг;

t , t – конечная (100) и начальная температура воды, ºС;

t – конечная температура пара, равная температуре в рабочей камере аппарата, ºС;

t – начальная температура пара, (100), ºС;

DW – масса испарившейся воды (DW = m_в), кг.

r – удельная теплота парообразования (r = 2256), кДж/кг.

Потери теплоты через дверцу (Q ) возникают в аппаратах непрерывного действия и при открывании дверцы в аппаратах периодического действия. Они складываются из потерь на нагрев вентиляционного воздуха(Q_вен) и на излучение через дверной проем (Q_изл).

Q = Q_вен + Q_изл. (6.40)

Средняя температура газовой среды рабочей камеры жарочных и пекарных аппаратов находится в пределах 180…300 ºС. При открывании дверцы и через вентиляционное отверстие происходит вентиляция камеры за счет разности температур воздуха помещения (цеха) и температуры газовой среды камеры. Расход количества теплоты на нагрев вентиляционного воздуха может быть определен по следующей формуле

Q_вен = (I_ср− I_в) ּ B ּ τ, (6.41)

где I_ср, I_в – энтальпии соответственно газовой среды в рабочей камере и окружающего воздуха, кДж/м³;

B – количество выходящей паровоздушной смеси из рабочей камеры, м³/с;

τ – продолжительность открывания дверцы, с;

Количество выходящей паровоздушной смеси из рабочей камеры через дверной проем в период открывания зависит от конструктивных особенностей аппарата, продолжительности и частоты открывания. Потери теплоты с уходящей в окружающую среду паровоздушной смесью не велики и составляют 0,03…0,05 от Q для стационарного режима работы аппарата.

Потери излучением через дверной проем рассчитываются по формуле:

Q_изл = 5,7 ּ 10 ּ ε ּ F ּ φ ּ τ ּ , (6.42)

где ε – степень черноты излучающего дверного проема (в нашем случае ε имеет значение близкое к 1);

5,7 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м² ּ К⁴);

F – площадь излучающего дверного проема, м²;

φ – угловой коэффициент излучения, (в нашем случае для аппарата находящегося внутри помещения φ = 1).

t_к, t_в – соответственно средняя температура в рабочей камере и окружающего воздуха, ºС.

Мощность электрического аппарата определяется для периода разогрева (P_раз) и стационарного режима (P_ст):

для периода разогрева

P_раз = ; (6.43)

для периода стационарного режима

P_ст = , (6.44)

где τ_раз, τ_ст – соответственно время разогрева и стационарного режима, с.

За номинальную мощность аппарата, из двух полученных мощностей, принимается наибольшая. Если принятая номинальная мощность более 3 кВт, то аппарат следует рассчитывать как трехфазный. Тогда, для обеспечения равномерной нагрузки по фазам, количество нагревательных элементов должно быть кратное трем.

Для аппаратов, использующих в качестве энергоносителя газ, твердое и жидкое топливо определяется расход топлива так же для периода разогрева (B_раз) и стационарного режима (B_ст):

для периода разогрева

B_раз = ; (6.45)

для периода стационарного режима

B_ст = . (6.46)

Теплота сгорания топлива (Q ) принимается по табл. 6.5

Таблица 6.5

Теплота сгорания топлива Q

Вид топлива	Газа, МДж/м^3	Твердого и жидкого топлива, МДж/кг
Газ:
природный	30 – 36	–
сжиженный	90 – 110	–
Древесина	–	18,6 – 18,8
Торф (в брикетах)	–	18,9
Бурый уголь	–	7,5 – 15,0
Каменный уголь	–	19,0 – 23,0
Антрацит	–	25,1 – 29,3
Мазут	–	38,8

Если каждую составляющую уравнения теплового баланса разделить на общее количество теплоты, введенной в аппарат (Q ), и обозначить:

= q_пол; ; ;…; , (6.47)

то оно приобретает вид

1 = q_пол + q_исп + q_пер + q_пос + q_ух + q_хим + q_мех + q_огр + q_раз + q_увлж + q_дв. (6.48)

Это уравнение выражает баланс теплоты в безразмерной форме, каждая из составляющих уравнения выражает долю от общей теплоты, приходящуюся на те или иные потери.

Для практических расчетов удобнее пользоваться уравнением теплового баланса, записанного в виде баланса тепловых мощностей, в котором составляющие выражены в киловаттах. В этом случае подведенная мощность эквивалентна сумме соответствующих тепловых потоков.

Для получения данного уравнения все составляющие уравнения теплового баланса необходимо разделить на продолжительность нагрева (τ), выраженную в секундах.

P = P_пол+ P_исп+ P_пер+ P_пос+ P_ух+ P_хим+ P_мех+ P_огр+ P_раз+ P_увлж+ P_дв. (6.49)

Форма записи теплового баланса обычно выбирается в зависимости от целей и в принципе может быть отлична от тех, которые приведены выше.

Дата добавления: 2015-06-30