Определение мощности и основных конструктивных размеров электротермической установки
Мощность электротермической установки можно определить:
, (2.20)
где кз – коэффициент запаса; Рпотр – потребляемая мощность, Вт; hэ – электрический КПД установки; hт – тепловой (термический) КПД установки.
Коэффициент запаса (кз =1,1..1,3) учитывает уменьшение фактической мощности вследствие снижения питающего напряжения, старения материалов нагревателей, а также возможное отклонение условий эксплуатации от расчётных значений.
Потребная мощность электротермической установки:
, (2.21)
где Рпол –полезная тепловая мощность, Вт; Рвсп – мощность, идущая на нагрев вспомогательных устройств, Вт; Рпот – мощность тепловых потерь, Вт.
Для электротермической установки периодического действия полезная теплота:
, (2.22)
где V – объём материала, м3; d – плотность материала, кг/м3; с – удельная теплоёмкость материала, Дж/кг·0С; t2 – конечная заданная температура, 0С; t1 – начальная температура материала, 0С.
Полезная мощность:
, (2.23)
где τ –время нагрева, с.
Для электротермической установки непрерывного действия полезная теплота:
, (2.24)
где L –объёмная подача нагреваемого материала в ЭТУ, м3/с.
Полезная мощность:
. (2.25)
В электротермических установках, в которых одновременно с нагревом происходит фазовое преобразование, при определении полезной мощности необходимо учитывать теплоту, расходуемую на нагрев материала до температуры фазового преобразования, и теплоту фазового превращения.
При нагреве материала и его плавлении полезная теплота определяется по формуле:
, (2.26)
где аt – удельная теплота плавления материала, Дж/кг.
При нагреве материала и его испарении полезная теплота:
, (2.27)
где rt – удельная теплота испарения материала, Дж/кг.
Мощность, затрачиваемую на нагрев вспомогательных устройств, находят по формулам расчёта полезной мощности, причём температуру вспомогательного оборудования принимают равной температуре нагреваемого материала.
Тепловые потери электротермических установок связаны с тремя способами передачи теплоты: теплопроводностью, конвекцией и излучением, причём в установках передача тепла может осуществляться одновременно двумя или всеми трёмя перечисленными способами. Расчёт мощности тепловых потерь проводят по формулам известным из курса «Теплотехника и термодинамика».
Теплопроводность – процесс передачи теплоты в неравномерно нагретом теле или непосредственно соприкасающихся телах, при котором теплоту переносят микрочастицы веществ, перемещающиеся из областей высокой температуры в области низких температур. В наиболее чистом виде теплопроводность проявляется внутри твёрдых монолитных тел или в очень тонких неподвижных слоях жидкости или газа. Теплота передаётся лишь при наличии разности температур между частями тела, системами тел и т.д., т.е. в температурном поле.
На основании гипотезы Фурье поверхностная плотность теплового потока (Вт/м2), передаваемого, например, через плоскую стенку определяется как:
, (2.28)
где Δt – разность температур на поверхностях стенки, через которую осуществляется передача тепла, °С; λ – теплопроводность материала стенки, Вт/м·°С; d – толщина стенки, м; Rλ – термическое сопротивление теплопроводности стенки, м2·°С/Вт.
Конвекция – процесс переноса теплоты текущей жидкостью или газом из области с одной температурой в область с другой температурой. Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела одной температуры и потоком жидкости или газа с другой температурой называют конвективной теплоотдачей. Различают теплоотдачу при вынужденном движении жидкости или газа (вынужденная конвекция) и при свободном движении (естественная конвекция).
Тепловой поток (Вт) при конвективном теплообмене рассчитывают по формуле Ньютона:
, (2.29)
где Δt – разность температур на стенке tс и потока жидкости (или газа) tж, °С; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·°С; F – площадь поверхности теплообмена, м2.
Излучение – процесс переноса теплоты от одного тела к другому посредством электромагнитных волн через разделяющую тела (прозрачную для волн) среду.
Плотность теплового потока (Вт/м2), передаваемого от излучателя, имеющего температуру Т1, к нагреваемому телу с температурой Т2, определяют по формуле закона Стефана-Больцмана:
, (2.30)
где Δt =(t1 - t2) – разность температур излучателя t1 = (Т1-273) и нагреваемого тела t2 = (Т2-273), °С; Rc – термическое сопротивление излучению, м2·°С/Вт.
Термическое сопротивление излучению:
. (2.31)
Проектирование технологических электротермических установок обычно начинают с нахождения размера их рабочего пространства (зоны или той её части, в которой размещается нагреваемый материал). При этом нагревательные элементы целесообразно располагать ближе к рабочему пространству.
Для электротермической установки периодического действия рабочее пространство определяется числом одновременно нагреваемых изделий, их размерами или объёмом (массой) материала, нагреваемого за один рабочий цикл.
Производительность ЭТУ периодического действия:
, (2.32)
где τ – полное время работы установки.
Для электротермических установок непрерывного действия размеры рабочего пространства также определяются её производительностью:
, (2.33)
где v – скорость поступления материала в рабочее пространство, м/с; F – площадь сечения рабочего пространства, м2.
Длина рабочего пространства:
, (2.34)
где τ – время нахождения материала в рабочем пространстве установки.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|