Где Fпл ,Fp , F ,– поверхность несущих пластин, ребер и полная поверхность

Из геометрических соотношений получены следующие соотношения для расчета величин коэффициентов оребрения:

-для треугольного оребрения с углом =60⁰

(1.2)

-для П-образного оребрения и соотношении l₂/l₃ =8

, (1.3)

где l₃- расстояние между пластинами, l₂ - расстояние между рёбрами.

- для полукруглого оребрения l₃₌ 2R:

(1.4)

Для плоских неоребренных каналов .

Шаг размещения несущих пластин (просвет) l₃ изменяется в пределах от 1до 10мм, толщина несущих пластин и ребер составляет δ= 0,15 мм.

Удельная поверхность теплообмена на 1м³ объема теплообменника составляет

F¹=ψ/(l₃+δ)=1/(l₃+0,00015), м²/м³ (1.5)

Площадь живого сечения для прохода обоих потоков воздуха, приходящаяся на 1м² фронтального сечения

f¹_жс=1-F¹δ, м²/ м² (1.6)

Термическая эффективность ПРТО определяется также принятой его глубиной l по ходу воздуха и гидродинамическим режимом работы, основным фактором которого является скорость воздуха в каналах. Для обеспечения достаточной интенсивности теплообмена массовая скорость воздуха в живом сечении ПРТО должна составлять

rv=3-4 кг/м²с.

Соответственно при величине массового расхода воздуха G_у площадь живого сечения ПРТО f _жс может быть определена по расходу удаляемого потока воздуха с обеспечением такого же сечения для приточного воздуха по зависимости

(1.7)

Соответственно площадь фронтального сечения ПРТО

F_фр=f_жс/ f¹_жс (1.8)

Глубину теплообменной насадки ПРТО т.е. глубину его рабочего объема l рекомендуется [4] принимать в зависимости от суровости климата в районе проектирования, которая определяется числом градусочасов Z за отопительный период:

Z= t_нсрt, (1.9)

где t_нср, t - средняя температура наружного воздуха за отопительный период и его продолжительность в ч.

Глубина теплообменника принимается в следующих пределах:

Z> -5000 l = 0.3м

-6000 < Z < -5000 l = 0.5м

Z < -6000 l = 0.75м

Объём теплообменного аппарата определяется по формуле:

, (1.10)

Эффективность работы теплообменной поверхности несущих пластин и ребер различна по двум причинам. Во-первых, поверхность несущих пластин омывается потоками греющего и нагреваемого воздуха с обеих сторон, тогда как поверхность ребер в каждом канале омывается только одним потоком. Во- вторых, в месте контакта ребер с несущей пластиной возникает контактное термическое сопротивление, уменьшающее коэффициент термической эффективности этой теплообменной поверхности.

Для рассматриваемых ПРТО с высокими степенями компактности высота ребра изменяется в пределах от 0,5 до 5 мм, поэтому коэффициент термической эффективности ребра h_р высок и может быть принят равным 1. На эффективность работы ребра в ПРТО в значительной мере влияет плотность контакта ребер с несущими пластинами. Как показали исследования, величина контактного термического сопротивления в ПРТО ориентировочно составляет k_КТ = 0,7.

Таким образом, на эффективность ее работы необходимо вводить уменьшающий коэффициент.

-для треугольного оребрения с углом =60⁰

(1.11)

-для П-образного оребрения и соотношении l₂/l₃ =8

, (1.12)

- для полукруглого оребрения l₃₌ 2R:

(1.13)

Аналогично живому сечению на два потока должна быть распределена также эффективная площадь теплообменной поверхности:

(1.14)

При одинаковых коэффициентах оребрения со стороны каждого теплоносителя, т.е. со сторон нагреваемого и удаляемого потоков воздуха, коэффициент теплопередачи между ними, отнесенный к полной поверхности ТА со стороны каждого теплоносителя, определяется уравнением:

, (1.15)

где a_Н, a_У - коэффициенты теплоотдачи со стороны наружного и удаляемого воздуха.

Технико-экономическая эффективность утилизации теплоты в ПРТО в значительной мере определяется интенсивностью теплопередачи между потоками удаляемого и наружного нагреваемого воздуха и затратами на преодоление ими аэродинамического сопротивления. Для расчета теплоотдачи в ПРТО в работе [1] предложены уравнения вида:

, (1.16)

а для расчета фактора трения Фаннинга, используемого при определении потерь давления, уравнение

, (1.17)

где А, А₁, п, п₁ – эмпирические коэффициенты, полученные для различных конструкций ПРТО и режимов движения потоков воздуха и содержащиеся в таблице 2 [1]. Однако более удобно использовать обобщенные расчетные уравнения, приведенные в работе [3]. Для турбулентного режима движения воздуха, обычно имеющего место в воздуховоздушных теплообменниках, коэффициенты теплоотдачи в гладких каналах при любом типе оребрения могут быть рассчитаны по формуле

, (1.18)

где St, f – числа Стантона и Фаннинга.

, (1.19)

где v, c, r - скорость, удельная массовая теплоемкость и плотность воздуха, a - коэффициент теплоотдачи.

Таблица1.2

Величины расчетных коэффициентов

Тип оре-брения	l/dэ	Re	A	n	A1	n1
а, г	>70	<2000 2000-8000	7,88 0,0767	0,00 0,627	20,5 0,0417	-1,0 -0,188
б	>70	<1200 1200-5000	1,99 0,0055	0,09 0,92	9,26 0,065	-0,934 -0,257
20-50	100-1400 1400-5000	1,26 0,0197	0,2 0,77	8,09 0,302	-0,86 -0,41
в	>70	<2000 2000-10000	0,873 0,0197	0,27 0,77	5,29 0,279	-0,796 -0,41
10-35	<1000 1000-10000	0,873 0,039	0,27 0,73	5,29 0,279	-0,796 -0,41

При движении в каналах с гладкими ребрами любой формы (без турбулизирующих просечек) и при 1800<Re<10000 число Фаннинга может быть рассчитано по формуле

(1.20)

Подставляя уравнения (1.19) и (1.20) в (1.18), получим обобщенную зависимость для расчета коэффициентов теплоотдачи в любых каналах ПРТО:

, Вт (1.21)

где

Re=vd_э/n. (1.22)

Величины удельной плотности r, кг/м³, коэффициента кинематической вязкости n, м²/с, находятся по справочным данным в зависимости от средней температуры воздуха (см. также Приложение 2), изобарная теплоемкость воздуха с, кДж(кгК), а также числоPr могут быть приняты постоянными и равными с =1,01; Pr=0,705.

Эквивалентный диаметр канала d_э рассчитывается по одной из зависимостей в зависимости от величины просвета и типа ребра:

- для треугольного ребра d_э=0,666 l₃,

- для полукруглого d_э=0,778 l₃

- для П-образного d_э=1,78 l₃

Средняя температура определяется начальной температурой потоков воздуха и глубиной нагрева и охлаждения их в ПРТО. Для приближенной оценки средней температуры можно принять величину коэффициента эффективности теплообменника Е_Т=0.5, тогда

t_н.ср=((t_н1+ t_н1 +0,5(t_у1- t_н1))/2= 0,75 t_н1 + 0,25 t_у1 (1.23)

t_у.ср=0,75 t_у1+0,25t_н1

Для теплового расчета удобно использовать коэффициент эффективности теплообменника, выраженный через глубину нагрева наружного воздуха

, (1.24)

где t_Н1, t_Н2, t_у1 – температуры наружного воздуха на входе, выходе из теплообменника и температура удаляемого воздуха на входе. Для перекрестной схемы движения теплоносителей, обычно применяемой в ПРТО, и соотношения теплоёмкостей потоков теплоносителей , температурный коэффициент эффективности теплообменника по наружному воздуху может быть рассчитан по формуле

, (1.25)

где N_н – число единиц теплопереноса к наружному воздуху.

(1.26)

где G_Н,F_Т – расход наружного воздуха и поверхность теплообмена ПРТО с его стороны, с – удельная массовая изобарная теплоемкость воздуха.

Аэродинамическое сопротивление движению потока воздуха рассчитывается по формуле [1]:

, (1.27)

соответственно затраты мощности вентилятора на преодоление аэродинамического сопротивления теплообменника

, кВт, (1.28)

где Δ Р – аэродинамическое сопротивление, Па, η_в, η_п –к.п.д. вентилятора и механической передачи от вала двигателя к валу вентилятора.

Для каждого интервала температуры наружного воздуха в отопительный период количество утилизированной теплоты зависит от величины этой температуры и продолжительности ее стояния в соответствии с формулой:

Q_i=E_Н(t_У1 - t_Н1)G_Н с‧τ_in/24,(1.29)

а количество тепла, потребляемого из теплосети для догрева воздуха

Q_тi=(t_У1 - t_Н2)G_Н с‧τ_in/24,(1.30)

где τ_i,n – продолжительность интервалов отопительного периода и число часов работы системы теплоутилизации в сутки,, ч.

За весь отопительный период количество утилизированной теплоты составит: , (1.31)

а количество электроэнергии на привод приточного и вытяжного вентиляторов Э_в= N_в×2∙τ_i··1/η_эдв·_×n/24, кВтч. (1.32)

где Р - количество интервалов температур, а, η_эдв – к.п.д. электродвигателя.

Энергетический коэффициент эффективности утилизации тепловой энергии

Кэ=Q_о.п./Э_в (1.33)

1.2 Методика расчета системы теплоутилизации с ПРТО

Исходные данные

1.Район проектирования

2.Температура удаляемого воздуха t_у1

3. Число часов работы системы теплоутилизации в сутки п

4. Расходы приточного и удаляемого воздуха G_н и G_у

5. Характеристика теплообменника:

- расстояние между несущими пластинами l₃ (высота канала),

- тип оребрения

6. Тарифы на тепло- и электроэнергию

Дата добавления: 2015-06-27