Потери через крышку

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^{. 0}С =99,4Дж/ч^.м^{. 0}С

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^.10^4. 0,69)=9,2^.10⁴

Nu=0,54(13,3^.10^4. 0,69)^1/4=9,4

=9,4^.99,44Дж/ч^.м^.0С/0,7м=1334,8Дж/м²ч^.0С=1,3кДж/м^2.ч^.0С

С₀=5,67Вт(м^2.К⁴)=5,67Дж/с^.м²К⁴=20412Дж/м^.ч^.К⁴

a_л = =0,52^.20412Дж/м^.чК⁴/55⁰С-20⁰С^.( (55⁰С+273/100)⁴-(20⁰С+273/100)⁴)=12750Дж/м²ч^.0С=12,753кДж/м²ч^.0С

a₀ = a_к + a_л=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 режим

 При 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 t_к;

 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 a_л 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^{. 0}С =0,0291Дж/с^.м^{. 0}С =104,76Дж/ч^.м^{. 0}С

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^.10^4. 0,7)=13,3^.10⁴

Nu=0,54(13,3^.10^4. 0,7)^1/4=10,3

=10,3^.104,76Дж/ч^.м^.0С/0,7м=1541,5Дж/м²ч^.0С=1,5кДж/м^2.ч^.0С

С₀=5,67Вт(м^2.К⁴)=5,67Дж/с^.м²К⁴=20412Дж/м^.ч^.К⁴

a_л = =0,52^.20412Дж/м^.чК⁴/90⁰С-20⁰С^.

( (90⁰С+273/100)⁴-(20⁰С+273/100)⁴)=15152,6Дж/м²ч^.0С=15,2кДж/м²ч^.0С

a₀ = a_к + a_л=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^{. 0}С =96,48Дж/ч^.м^{. 0}С

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^.10^4. 0,69)=6,1^.10⁴

Nu=0,54(8,9^.10^4. 0,69)^1/4=8,5

=8,5^.96,48Дж/ч^.м^.0С/0,7м=1171,5Дж/м²ч^.0С=1,2кДж/м^2.ч^.0С

С₀=5,67Вт(м^2.К⁴)=5,67Дж/с^.м²К⁴=20412Дж/м^.ч^.К⁴

a_л = =0,52^.20412Дж/м^.чК⁴/40⁰С-20⁰С^.( (40⁰С+273/100)⁴-(20⁰С+273/100)⁴)=11823,6Дж/м²ч^.0С=11,8кДж/м²ч^.0С

a₀ = a_к + a_л=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^.10^4. 0,69)=1,3^.10⁴

Nu=0,54(1,9^.10^4. 0,69)^1/4=5,8

=5,8^.96,48Дж/ч^.м^.0С/0,7м=1332,3Дж/м²ч^.0С=1,3кДж/м^2.ч^.0С

С₀=5,67Вт(м^2.К⁴)=5,67Дж/с^.м²К⁴=20412Дж/м^.ч^.К⁴

a_л = =0,52^.20412Дж/м^.чК⁴/40⁰С-20⁰С^.( (40⁰С+273/100)⁴-(20⁰С+273/100)⁴)=11823,6Дж/м²ч^.0С=11,8кДж/м²ч^.0С

a₀ = a_к + a_л=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^{. 0}С =0,0276Дж/с^.м^{. 0}С =99,36Дж/ч^.м^{. 0}С

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^.10^4. 0,698)=11^.10⁴

Nu=0,54(15^.10^4. 0,698)^1/4=9,7

=9,7^.99,36Дж/ч^.м^.0С/0,7м=1376,8Дж/м²ч^.0С=1,4кДж/м^2.ч^.0С

С₀=5,67Вт(м^2.К⁴)=5,67Дж/с^.м²К⁴=20412Дж/м^.ч^.К⁴

a_л = =0,52^.20412Дж/м^.чК⁴/60⁰С-20⁰С^.

( (60⁰С+273/100)⁴-(20⁰С+273/100)⁴)=13072,3Дж/м²ч^.0С=13,1кДж/м²ч^.0С

a₀ = a_к + a_л=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^.10^4. 0,698)=2,2^.10⁴

Nu=0,54(3,2^.10^4. 0,698)^1/4=6,6

=6,6^.99,36Дж/ч^.м^.0С/0,42м=1561,4Дж/м²ч^.0С=1,6кДж/м^2.ч^.0С

С₀=5,67Вт(м^2.К⁴)=5,67Дж/с^.м²К⁴=20412Дж/м^.ч^.К⁴

a_л = =0,52^.20412Дж/м^.чК⁴/60⁰С-20⁰С^.( (60⁰С+273/100)⁴-(20⁰С+273/100)⁴)=13072,3Дж/м²ч^.0С=13,1кДж/м²ч^.0С

a₀ = a_к + a_л=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 G_mi – 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 V_i – объем элемента i-ой конструкции, м³;

r_i – плотность материала элемента конструкции, кг/м³;

c_mi – удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×⁰С). Значение плотностей и удельных теплоемкостей отдельных материалов приведены в приложении В.

T_mi – 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 G_и – вес изоляционной конструкции макароноварки, кг;

 – толщина изоляционного слоя, м, определяется по формуле

, (2.1.27.)

где l_и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала в зависимости от средней температуры изоляции;

 q =α´₀(t_н.с-t₀), Вт/м², - удельные тепловые потери поверхности

изолированного котла;

с_и – теплоемкость изоляции, кДж/(кг×⁰С).

t_и – средняя температура нагрева изоляции, ⁰С.

t_и = ,  (2.1.28.)

где t_вар.ем – температура частей изоляции, касающихся варочной

 емкости, ⁰С;

t_н.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=0,000294м^3. 7800кг/м³=2,3кг

Q₃ ^к=2,3 кг^. 462Дж/кг⁰С(85-20)=69069Дж=69кДж