Сделай Сам Свою Работу на 5

Определение теплового КПД и удельного расхода электрической энергии





Общий КПД электротермических установок:

. (2.35)

Электрический КПД ηэ зависит главным образом от способа электронагрева:

1. методом сопротивления - hэ » 1,0;

2. электродуговой - hэ » 1,0;

3. индукционный - hэ = 0,5…0,7;

4. диэлектрический ВЧ - hэ = 0,4…0,5;

5. диэлектрический СВЧ - hэ = 0,7;

6. электронный и лазерный - hэ = до 0,005.

Термический КПД ηт показывает, какая часть тепловой энергии, выделенной в нагревателе ЭТУ, идёт на повышение теплосодержания материала.

Из выражения (2.16) следует, что при увеличении превышения температуры термический КПД уменьшается. Из формулы (2.17) видно, что уменьшение времени нагрева (т.е. повышение скорости нагрева), приводит к его увеличению. Повысить значение термического КПД (hm) также можно, увеличив постоянную времени нагрева Т, т.е. снизив теплоотдающую способность установки. Для этого нужно применять более качественную теплоизоляцию или увеличивать её толщину, или уменьшать площадь ограждающей поверхности, так как:

, (2.36)

где V – рабочий объём ЭТУ, м3; d – плотность нагреваемого материала, кг/м3; с – удельная теплоёмкость материала, Дж/кг·0С; F – площадь поверхности ограждения, м2; a – коэффициент теплоотдачи через ограждающую поверхность; Fуд = F/ V – удельная площадь ограждения, 1/м.



 

Для повышения термического КПД (hm) электротермические установки проектируют таким образом, чтобы удельная площадь ограждения (Fуд) была бы минимальной.

Для практических расчётов термический КПДможно определить по формулам:

, (2.37)

или , (2.38)

Для основных ЭТУ сельскохозяйственного назначения могут быть приняты следующие значения термического КПД (hm):

- электродные водонагреватели и парогенераторы - hт = 0,8…0,97;

- проточные элементные водонагреватели - hт = 0,95…0,98;

- электрические нагреватели-термосы - hт = 0,85…0,95;

- электрокалориферы - hт = 0,95…1,0;

- электрические печи сопротивления - hт = 0,7…0,9;

- электросварочные установки - hт = 0,5…0,95;

- высокочастотные установки - hт = 0,6…0,9.

Удельный расход электрической энергии определяют на единицу объёма или массы нагреваемого материала, при обогреве поверхности – на единицу площади и т.д.

Удельный расход электрической энергии на единицу объёма, для установок периодического действия –



, (2.39)

непрерывного действия –

. (2.40)

 

Выбор тепловой изоляции

Тепловая изоляция предназначена для снижения потерь теплового потока в окружающую среду. Уменьшить потери теплоты, и следовательно, увеличить КПД электротермических установок можно увеличив толщину изоляции или применив изоляцию с меньшей теплопроводностью.

Вид изоляции обусловливается её стоимостью, температурными режимами, окружающей средой, санитарно – гигиеническими условиями и др.

Требования, предъявляемые к тепловой изоляции, многогранны и противоречивы: она должна быть как можно дешевле, тоньше, легче, обладать достаточной механической прочностью, малыми теплопроводностью и электрической проводимостью, выдерживать высокие температуры.

Используемые в настоящее время термоизоляционные материалы не удовлетворяют всем этим требованиям в полной мере. Поэтому тепловую изоляцию делают многослойной. Слой, прилегающий к нагревателю, выполняют из термостойкого материала. Его назначение – снизить температуру до уровня, который может выдерживать следующий слой, имеющий меньшую теплопроводность l.

При выборе изоляционного материала следует учитывать такие важные факторы, как температурные характеристики, теплопроводность изоляции l, механические свойства, химическая совместимость, коррозионную стойкость, влагостойкость, безопасность для персонала, огнестойкость, токсичность при горении, стоимость.

Выбор материала каждого слоя и его толщины есть технико-экономическая задача по определению минимума приведенных затрат. Рассмотрим методику её решения на примере однослойной тепловой изоляции.



Приведенные затраты:

, (2.41)

где DТ – разность температур, 0С; RТ термическое сопротивление, 0С /Вт; сТстоимость тепловой энергии, руб/Дж; τИпродолжительность работы установки в году, с; са коэффициент, учитывающий издержки на амортизацию и ремонт, 1/год; Е – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, 1/год; сИоптовая цена тепловой изоляции, руб/м3; lИтеплопроводность изоляции, Вт/м·0С.

 

Возьмём производную dЗ/dR и, приравняв её нулю, найдём экономически целесообразное термическое сопротивление:

. (2.42)

Оптимальная толщина тепловой изоляции выбранного вида:

. (2.43)

Из анализа уравнений видно, что при заданных режимах электротермической установки ( и τи) толщина тепловой изоляции тем больше, чем выше её теплопроводность и ниже оптовая цена. Толщина изоляции должна быть больше и при повышении стоимости тепловой энергии.

Считается, что удовлетворительной можно назвать теплоизоляцию, если например, вода за час снижает свою температуру на 1,5…4,0 0С, а хорошей, если – на 0,5…1,0 0С. При этом предполагается, что ЭТУ для нагрева воды непроточного типа имеет корпус (емкость), а ЭТУ проточная оснащена аккумулирующим баком достаточной вместимости.

Общедоступными изоляционными материалами служат: вспененная двуокись кремния; минеральное волокно; пеностекло; уретан; стекловолокно; силикат кальция; изоцианурат; перлитовый силикат.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.