Расчет электрокалориферной установки.

КУРСОВАЯ РАБОТА №2

Графическая часть

Приводятся чертежи электронагревателей (ТЭНов), (рис.2.3) и графики регулирования: а) температуры и б) притока тепла в водонагревателе (рис.5.1).

Выводы.

Литература.

Разработка электрокалориферной установки для подогрева приточного воздуха в свинарнике - маточнике.

Введение. Обоснование применения электронагрева в заданном процессе [9,10].

1.Выбор способа электронагрева и вида электронагревательной установки [9, 27]

2.1. Определение мощности электрокалорифера.

Теплопроизводительность электрокалорифера определяется из уравнения теплового баланса:

_, (2.1)

где: Q_к - теплопроизводительность электрокалорифера, кДж/ч;

Q_ог - теплопотери через ограждения, кДж/ч;

Q_в - теплопотери, обусловленные вентиляцией, кДж/ч;

Q_ж - тепло, выделяемое животными, кДж/ч;

Q_эм - поток теплоты, выделяемой системой местного электрообогрева (если он предусмотрен проектом), кДж/ч.

2.1.1. Находим Q_ог по формуле:

, (2.2)

где: q - тепловая характеристика помещения, кДж/м³×°С×ч;

V - объем помещения, м³;

t_вн, t_н - соответственно температура внутри и снаружи помещения, °С.

Объем помещения находится по количеству животных (птицы) и объему, приходящемуся на одну голову.

2.1.2. Находим Q_в по формуле:

, (2.2)

где: L_в - подача вентиляционных установок, ;

С_в - массовая теплоемкость воздуха,

g_в - плотность воздуха при температуре t_вн кг/м³ [5,6];

k_в - часовая кратность воздухообмена в животноводческих помещениях, 4... 15.

Подача вентиляционных установок находится по удалению избыточной влаги и углекислоты. Расчет рекомендуется вести в кубических метрах на голову в час. В качестве расчетного принимается большее значение расхода, полученного для указанных вредностей. Методика соответствующих расчетов приведена в литературе [10,13].

2.1.3. Находим Q_ж по формуле:

, (2.4)

где: q_ж - свободный тепловой поток животного, кДж/ч. гол [13,27];

N - количество животных, гол.

2.1.4. Находим Q_эм по формуле:

, , (2.5)

где: k_o - коэффициент одновременности работы, ламп,0,8;

n - количество ламп, шт.;

P₁ - мощность лампы, Вт.

2.1.5. Мощность системы отопления

, кВт, (2.6)

где: h_т - тепловой к.п.д. [9.10].

Необходимо учесть, что в животноводческом помещении устанавливаются одна, две, четыре и даже более электрокалориферных установок.

Следовательно, мощность одного электрокалорифера будет равна,:

, кВт,

а подача одного вентилятора:

_, ,

где: Z - число вентиляционных установок, шт;

k₁ - коэффициент, учитывающий потери или подсос воздуха в воздуховодах, 1,1.

Необходимо привести эскиз плана животноводческого помещения с размещением электрокалориферных установок и распределительных воздуховодов.

2.2. Выбор электродвигателя для привода вентилятора.

Для электрокалориферных установок рекомендуется использовать центробежные вентиляторы, способные развивать высокое давление при достаточно большой подаче. Наилучшими аэродинамическими свойствами обладают вентиляторы типа Ц4-70. Техническая характеристика их приведена в литературе [27,33]. Зная подачу и давление, по аэродинамическим характеристикам [33] определяют рабочую точку выбранного вентилятора, которая характеризует к.п.д. вентилятора и скорость вращения рабочего колеса

Мощность электродвигателя для привода вентилятора определяется по формуле

, кВт (2.7)

где: L_в1 - подача вентилятора, м³/с;

H_в - полный напор, H/м²;

h_в - к.п.д. вентилятора;

h_пер - к.п.д. передачи;

k_з - коэффициент запаса, 1,1... 1,5.

Вентиляторы комплектовать трехфазными асинхронными электродвигателями серии 4А

Если скорости вращения вентилятора и электродвигателя совпадают, то применяют непосредственно соединение вала электродвигателя и вентилятора. В этом случае h_пер =1. Если непосредственное соединение невозможно, то применяют клиноременную передачу h_пер = 0,95.

2.3. Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства.

В качестве нагревательного устройства используются герметические элементы (ТЭНы).

2.3.1. Мощность одного ТЭНа:

, кВт,

где: Z_н - число ТЭНов, шт.

Число ТЭНов принимается кратным 3, причем мощность одного ТЭНа при этом не должна превышать 3...4 кВт.

2.3.2.Рабочий ток нагревательного элемента.

Рабочий ток нагревательного элемента определяется с учетом схемы включения и расчетной температуры нагревателя:

, °С (2.8)

где: t_Д - действительная температура нагревателя,°С,

k_м - коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения,[10];

k_с - коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения,[10].

Действительная температура может быть предварительно определена с учетом ее превышения над температурой поверхности ТЭНа на 50... 100 °С.

По рабочему току и расчетному значению температуры по [7,10] определяется диаметр d и сечение S нагревательного провода.

2.3.3. Рабочее сопротивление нагревателя - запресованной нихромовой проволоки:

, Ом,

2.3.4. Сопротивление нагревателя до опрессовки

, Ом,

где: a₁ - коэффициент изменения сопротивления в результате опрессовки, 1,3.

2.3.5. Длина проволоки до опрессовки, м:

,м

где: - удельное сопротивление нихромовой проволоки при действительной температуре, Ом×м.

где: - удельное сопротивление материала при температуре 20°С, Ом.м [10];;

- температурный коэффициент изменения сопротивления, °С [10].

2.3.6. Диаметр спирали:

D = (8…10) d, м

2.3.7. Шаг спирали:

h = (2…4) d, м

2.3.8. Число витков:

, (2.9)

.3.9. Внутренний диаметр трубки ТЭНа

D₁ =(2,5….3)D, м

2.3.10. Наружный диаметр трубки ТЭНа до опрессовки:

D₀₂ = D₁+2а, м,

после опрессовки:

D₂=D₀₂×a₂,

где: а - толщина стенки трубки ТЭНа, (1,0...1,5) 10 ^-3м;

a₂ - коэффициент изменения диаметра трубки ТЭНа в результате опрессовки, 0,95...0,98.

2.3.11. Длина активной части трубки ТЭНа после опрессовки (равняется длине спирали):

L_А = l_сп = h×n, м (2.10)

До опрессовки:

, м

где: g₁ - коэффициент, учитывающий изменение длины трубки при опрессовке, 1,15.

2.3.12. Полная длина ТЭНа

L = L_А + 2L_{П , М}

где: L_П - длина пассивной части трубки ТЭНа, 0,05 м.

2.3.13. Потребное количество проволоки для одного ТЭНа.

, м (2.11)

2.3.14. Удельная мощность поверхности активной части трубки ТЭНа.

В электрокалориферах могут применяться гладкие (прямые) и оребренные ТЭНы.

Для гладких ТЭНов удельная мощность определяется:

, , (2.12)

Для оребренных ТЭНов удельная мощность определяется:

, (2.13)

где: F_р -площадь оребрения ТЭНа, м²;

F_т -поверхности трубки ТЭНа, м²

, м²

, м²,

где: S_Р - шаг оребрения,(2.5...30) м ^-1;

D₃ - диаметр оребренного ТЭНа, м;

h_р - высота оребрения, м (находится из условия =0,5...2,5).

При использовании в качестве наполнителя кварцевого песка или периклаза удельная поверхностная мощность должна быть в пределах. (2...6)×10⁴ .

По полученным конструктивным данным, на одном из листов графического материала изображается разрез ТЭНа и чертеж ТЭНа с оребрением с указанием основных размеров. рис.2.1

Рис. 2.1 Разрез ТЭНа и чертеж ТЭНа с оребрением

2.4. Тепловой расчет нагревательных элементов.

По чертежу калорифера с учетом расположения ТЭНов (шахматное или коридорное) определяют живое сечение калорифера и по известной подаче вентилятора определяют скорость воздуха:

,

, м^2.

где: F_о - полная площадь сечения окна электрокалорифера, м ²;

n - количество ТЭНов впросвет поперек потока воздуха,в первом ряду, шт.;

F_Н - площадь продольного сечения активной части одного ТЭНа, м.².

Скорость воздуха должна быть в пределах 4... 14 м/с.

Коэффициент теплоотдачи от ТЭНа к воздуху находится по методике, изложенной в [10,27], или могут быть использованы ниже приведенные формулы.

Для гладких ТЭНов:

2.4.1. Коэффициент теплоотдачи:

, ,

где: Nи - критерий Нуссельта;

l -коэффициент теплопроводности воздуха, 0,027 Вт/м °С.

При коридорном расположении ТЭНов

Nи = 0,21×Re ^0,6

При шахматном расположении ТЭНов

Nи = 0,37×Re ^0,6

где: Re - критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса определяет режим обтекания ТЭНов воздухом;

, (2.15)

где: - кинематическая вязкость воздуха,18,5×10^-6 .

Выше указанные формулы позволяют определить значение коэффициента теплоотдачи a для 'ТЭНов третьего и всех последующих рядов в пучке. Если теплоотдачу третьего ряда ТЭНов принять за единицу, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда составляет около 0,6, а второго - в шахматных пучках около 0,7 и в коридорных - около 0,9. Расчет проводится для ТЭНов первого ряда, работающих в наиболее тяжелых условиях.

Для оребренных трубчатых нагревателей:

2.4.2. Коэффициент теплоотдачи определяют по эмпирической формуле [12]:

,(2.16)

где: P_r - критерий Прандтля, [10];

- кинематическая вязкость воздуха, м ²/с;

h_P - высота оребрения, м;

S_P - шаг оребрения, м.

2.4.3. Удельное контактное термическое сопротивление ТЭНа

,

2.4.4. Контактное сопротивление нагревателя длиной 1 м

(2.17)

2.4.5. Термическое сопротивление одного метра наполнителя

, (2.18)

где: - коэффициент теплопроводности заполнителя, 1,5 Вт/м×°С.

; ;

2.4.6. Термическое сопротивление трубки длиной 1 м:

, (2.19)

где: - коэффициент теплопроводности стенки, 40 Вт/м×°С.

2.4.7. Общее термическое сопротивление теплопроводности ТЭНа:

, (2.20)

2.4.8. Общее термическое сопротивление 1 м нагревателя ТЭНа:

, (2.21)

2.4.9. Общее удельное термическое сопротивление:

, (2.22)

где: Dэ - диаметр эквивалентного цилиндра, м.

Диаметр эквивалентного цилиндра определяется из уравнения:

,

2.4.10. Удельная мощность на поверхности трубки ТЭНа:

, (2.23)

2.4.11. Удельная погонная мощность ТЭНа:

, (2.24)

2.4.12. Температура спирали ТЭНа:

, °C (2.25)

Температура спирали не должна превышать максимально допустимое значение для материала нагревателя [10.17]

2.4.13. Удельная поверхностная мощность нагревательной спирали

, (2.26)

Дата добавления: 2017-02-01