Проектирование и расчет теплоутилизатора

3.2 Проектирование и расчет теплоутилизатора

3.2.1 Определение конструктивных параметров теплоутилизатора

При проектирование конструкций теплоутилизаторов необходимо стремится к тому чтобы, его теплотехнические характеристики были оптимальными.

Под оптимальными подразумеваются такие характеристики, которые позволяют обеспечить наибольшую экономию теплоты при минимальных затратах на изготовление, монтаж и эксплуатацию теплоутилизатора.

К основным теплотехнических характеристикам теплоутилизатора относят 1) коэффициент температурной эффективности ξ_{t ,}2) номинальная массовая скорость Vρ, кг/(м²·с) воздушных потоков к каналах теплоутилизатора, данные характеристики определяют его поверхность теплообмена, потери давления, габаритные размеры, материал для его изготовления.

Теплопроизводительность теплоутилизатора Q, кДж/ч, определим по формуле

Q= , (3.27)

где G- массовая пропускная способность теплоутилизатора, кг/с, G=20,5 кг/с,

C_P- удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К), C_P=1,005 кДж/(кг·К),

ξ_t- коэффициент температурной эффективности, ξ_t=0,75,

t_Y- температура удаляемого воздуха, ^оС, t_Y=30 ^оС,

t_Н- температура наружного воздуха, ^оС, t_Н=10 ^оС,

Q=кДж/ч.

Величину поверхности теплообмена F_T ,м², определим по формуле

F_T=, (3.28)

где ν - скорость движения воздуха в каналах теплоутилизатора, м/с,

ρ- плотность воздуха,кг/м³, ρ = 1,165 кг/м³,

Исходя из практического опыта эксплуатации пластинчатых теплоутилизаторов наиболее оптимальное значение скорости потоков воздуха V= 4 м/с.

F_T=м².

Определим конструктивные параметры теплоутилизатора

Величину условного прохода S,м², для движения теплоносителя определим по формуле

S =, (3.29)

S =м².

При проектирование теплоутилизатора для рационализации конструкции рекомендуют принимать кубическую форму камеры теплообмена.

Площадь поверхности S_бок , м², грани куба будет равна S_бок=8,8 м².

Объем камеры теплообмена V_к.т,м³, найдем по форрмуле

V_к.т.=, (3.30)

V_к.т.==26,1 м³.

Площадь пластины теплообмена равна S_плас=8,8 м²., тогда ее размеры l×l - 2,96×2,96 м.

Число пластин найдем по формуле

n= , (3.31)

n=

Общее число пластин 258 (2 на боковые стенки).

Расстояние между пластинами h, м, равно

h = , (3.32)

h =м.

При изготовления камеры теплообмена теплоутилизатора необходимо стремится к наименьшей величине термического сопротивления пластины.

Принимаем пластину имеющую толщину стенки 0,5 миллиметра.

3.2.2 Подбор материала для изготовления поверхности теплообмена теплоутилизатора

Так как теплоутилизатор проектируем на равные расходы приточного и удаляемого воздуха при перекрестной схеме движения теплоносителей можно использовать известную форму В.М. Кэйса и А.Л.Лондона

ξ_t=  (3.33)

где К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К).

F_T- поверхности теплообмена теплоутилизатора, м², F_T=2255 м²;

G- массовая пропускная способность теплоутилизатора, кг/с, G=20,5 кг/с;

C_P- удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К), C_P=1,005 кДж/(кг·К);

Решая уравнение (3.33) относительно К получим

К= (3.34)

К= Вт/(м²·К).

Материал пластин теплоутилизатора определим относительно величины коэффициента теплопроводности λ, Вт/(м ·К).

Иначе величина К равна

К =, (3.35)

где ά₁,ά₂- коэффициенты теплоотдачи соответственно от вытяжного воздуха к пластине и от пластины к приточного воздуху, Вт/(м²·К).

δ- толщина пластины, м, δ=0,0005 м.

λ- коэффициент теплопроводности пластины, Вт/(м· К).

Решая уравнение относительно λ, Вт/(м· К), получим зависимость

λ= , (3.36)

Для определения_λ необходимо найти величины ά₁ и ά₂.

Движение в каналах турбулентное тогда величину коэффициентов теплоотдачи ά₁ и ά₂, Вт/(м²·К), определим по формуле

 , (3.37)

где V - скорость движения воздуха в каналах теплоутилизатора, м/с, V <4 м/с.

d- эквивалентный диаметр канала, м.

ν- кинематическая вягкость воздуха, ν= м²/с.

Κ_в- коэффициент теплопроводности воздуха, λ_в= Вт/(м К).

Эквивалентный диаметр канала определим по формуле

d=  (3.38)

где S- площадь сечения одного канала, м², S =0,032 м².

П- смоченный полупериметр, м, П =5,82 м.

d= м.

Значение ά₁ и ά₂ будут равны

 Вт/(м² К).

Тогда по формуле (3.2.2.4) величина λ Вт/(м К), равна

λ= Вт/(м К).

По величине λ наиболее оптимальным вариантом является алюминий имеющий значение λ=209,3 Вт/(м К).

Так как разница между расчетным и принятым значением не более 5% , нет необходимости уточнять площадь теплообмена.