Дана туннельная печь для термообработки, которая отапливается природным газом.
Длина высокотемпературного участка печи l = 10 м. Средняя температура дымовых газов на этом участке tж1, оС.
Футеровка высокотемпературного участка печи выполнена в виде плоской двухслойной стенки высотой h = 2 м.
На рабочей поверхности стенки происходит теплоотдача от дымовых газов с эффективным коэффициентом теплоотдачи α1 = 90 Вт/(м2 ∙ К).
На внешней поверхности стенки происходит теплоотдача за счет естественной конвекции атмосферного воздуха с коэффициентом теплоотдачи α2 = 12 Вт/(м2 ∙ К).
Первый (внутренний) слой футеровки стенки имеет толщину δ1, м, и выполнен из шамотных изделий с коэффициентом теплопроводности λ1, Вт/(м ∙К).
Второй слой футеровки стенки имеет толщину δ2, м, и выполнен из красного строительного кирпича с коэффициентом теплопроводности λ2, Вт/(м ∙К).
Определить потери теплоты в окружающую среду за 1 час из рабочего объема печи через боковые стенки высокотемпературного участка: летом, когда средняя температура воздуха tж2 = +20 оС; зимой, когда tж2 = −20 оС.
Результаты сравнить и проанализировать.
Дополнительно рассчитать:
1) Полное термическое сопротивлениестенки.
Локальные термические сопротивления, из которых складывается полное термическое сопротивление. Провести сопоставительный анализ этих величин.
Температуры на всехповерхностях.
Значение плотности теплового потока летом изимой.
Значения индивидуальных исходных данных выбираются студентами из табл. 1 «Исходные данные к заданию №1» по двум последним цифрам шифра (номеру зачетнойкнижки).
Исходные данные к заданию №1 Таблица 1
№ п/п Последняя цифра шифра Обозначение величины Предпоследняя цифра шифра Обозначение
величины
tж1,
оС δ2,
мм λ1,
Вт/(м2 ∙ К).
δ2,
мм λ2,
Вт/(м2 ∙ К).
1 2 3 4 5 6 7 8
7 7 1270 250 0,95 6 130 0,65
Решение
2.1 Расчет полезно используемого тепла
Количество одновременно загружаемого продукта для жарки во фритюре рассчитывается по формуле:
Расчет Qп, кДж/ч, жарочного оборудования обычно производят делением затрат энергии на час работы оборудования.
При расчете жарочного оборудования в условиях нестационарного режима полезная теплота затрачивается на нагрев масла. Количество нагреваемого масла определяют по количеству обрабатываемых продуктов. Для расчета полезно используемого тепла, расходуемого на нагрев жира в режиме разогрева, пользуются формулой:
где Мж – вес пищевого жира, кг; должен превосходить массу закладываемого продукта минимум в 4 раза;
Сж – теплоемкость пищевого жира, принять равной 1,676 кДж/(кг*°С)
t1 – температура нагрева жира (равная температуре жарки), принимается равной 160–170 °С;
t0 – начальная температура пищевого жира, °С;
QUOTE – время нагрева жира, ч.
При стационарном режиме полезно используемое тепло состоит из отдельных статей расхода, которые рекомендуется определить по формуле:
где первое слагаемое – расход тепла на нагрев продукта;
второе – расход тепла на испарение влаги из продукта;
третье – расход тепла на образование корочки на продукте;
четвертое – расход тепла на нагрев доливаемого в процессе работы пищевого жира (если это необходимо);
М – часовая производительность по сырью, кг/ч.
где G0 – количество одновременно загружаемого продукта для жарения, кг;
QUOTE – продолжительность цикла обработки, мин;
с – теплоемкость продукта, кДж/(кг°С);
t2 – температура нагрева продукта, принимаемая равной 90–100 °С;
t4 - начальная температура продукта, °С;
QUOTE – истинный продукт ужарки, %; для картофеля, овощей 17–60%;
r – скрытая теплота испарения при атмосферном давлении, кДж/кг, (2258,2)
К – процентное содержание корки в продукте; рекомендуем в расчетах принимать в пределах от 15 до 25%;
Ск – теплоемкость корочки, принять как теплоемкость сухого вещества равную 1,67 кДж/(кг°С);
t3 – температура образования корочки, °С (135–140 °С);
mж – расход пищевого масла на обжаривание сырья в%; рекомендуем принимать в пределах от 15 до 20%;
t1 – рабочая температура жира, °С;
t0 – начальная температура жира, °С.
2.2 Определение потерь тепла в окружающую среду
Потери тепла в окружающую среду при работе теплового оборудования в основном связаны с теплообменными процессами, происходящими между окружающей средой и внешним ограждением (корпусом) оборудования.
Для определения потерь в окружающую среду при нестационарных и стационарных режимах можно воспользоваться следующей формулой:
где QUOTE – потери тепла через вертикальное ограждение (вертикальные поверхности корпуса) в окружающую среду, кДж;
QUOTE – потери тепла через крышку оборудования в окружающую среду, кДж;
QUOTE – потери тепла через дно оборудования в окружающую среду, кДж.
При расчете принимаем Qбок.пов
. – 60 °С, Qкр – 90 °С.
Теплопередачи через дно незначительны, так как тепловые потоки, как правило, направлены снизу вверх. Поэтому при расчетах ими часто пренебрегают.
Потери тепла в окружающую среду через отдельные поверхности оборудования определяются по формуле:
где QUOTE – коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2*час*°С;
F – площадь поверхности теплообмена (крышка, обечайка и т.д.), м2;
QUOTE – средняя температура поверхности ограждения, °С;
QUOTE – температура окружающей среды, °С;
QUOTE – продолжительность периода тепловой обработки в часах.
В процессе отдачи тепла ограждением в окружающую среду имеет место теплопередача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле:
где QUOTE – коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м2*час*°С;
QUOTE – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, кДж/м2*час*°С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при вынужденном или свободном движении воздуха относительно теплоотдающей поверхности. В данном случае – при свободном движении воздуха, потому определяющими являются критерии Грасгофа Gr и Прандтля Pr.
Первый характеризует интенсивность конвективных потоков, возникающих вследствие разностей плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ними и стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей поверхности.
На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu, включающий значение коэффициента теплоотдача конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие.
Указанные критерии имеют следующий вид:
где QUOTE – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с;
l – определяющий геометрический размер, м; выбирается наибольший линейный размер (обычно высота) или диаметр (для поверхностей круглой формы) ограждения;
QUOTE – коэффициент температуропроводности воздуха, м2/с;
QUOTE – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м°С;
QUOTE – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°С.
где QUOTE – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2°С;
QUOTE – перепад температур между ограждением и воздухом.
Физические параметры для сухого воздуха при Pв =760 мм рт
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
