Boshkova I.L.a, Doct. Tech. Sc., professor
Volgusheva N.V.b, PhD, associate professor
Solodka A.V.c, PhD
Бошкова И.Л.a, док. тех. наук, доцент
Волгушева Н.Вb., канд. тех. наук, доцент
Солодкая A.В.c, канд. тех. наук
Odessa national academy food technologies, Ukraine, 65182, Odessa, Dvoranskaya 1/3
Одесская национальная академия
пищевых технологий, Украина, 65082, Одесса, Дворянская 1/3
E-mail: a – boshkova.irina@gmail.com; b – natvolgusheva@gmail.com; c а_solodkaya@mail.ru
Аннотация Для утилизации теплоты потока газа из вытяжных устройств предприятия производительностью 400 м3/час и с температурой газа на выходе из вытяжных устройств t1= 80°С предложен регенератор, основной частью которого является канал диаметром 0,1 м и длиной 2 м с насадкой в виде плотного слоя керамзита. Время нагрева в регенераторе составляет 10 мин., время охлаждения – 1,6 часа.
Рассматривается регенератор, предназначенный для обогрева помещения, расположенного непосредственно рядом с вентиляционными каналами предприятия. Используются канальные очистители воздуха производительностью от 400 до 27500 м3
/ч. Температура газа на выходе из вытяжных устройств t1= 80°С. Гранулированная насадка состоит из плотного слоя керамзита. Эквивалентный диаметр частиц
dэ = 0,018м. Длительность периода нагрева определяется уравнением теплового баланса:
Теплоемкость керамзита:
с = 750 Дж/(кг·K). В соответствии с экспериментальными
данными, полученными в работе, средний коэффициент теплоотдачи для нагрева керамзита может быть принят āм = 50 Вт/м2К. Теплообменный участок представляет собой трубу диаметром 0,2 м и длиной 2 м. Объем аппарата: V = 0,063м2
. Масса засыпки составляет m = 54 кг. При такой массе площадь теплообменной поверхности:
Расход воздуха:
Средний тепловой поток за период нагрева:
В соответствии с уравнением теплового баланса:
Это значение удовлетворяет условию эффективного выбора конечной температуры
нагрева материала, согласно которому для расчета конечных температур нагреваемого материала и греющего потока можно принять температуру на 10–15 % меньшую температуры газа на входе, в соответствии с данными собственных экспериментов [1]. Температура газа на выходе из вытяжных устройств t1= 80оС. Тогда t2 » = 64оС. Начальная температура керамзита:
t2 » = 20оС, конечная температура воздуха на выходе t1 » =70оС.
Средняя температура материала за период нагрева:
Средняя температура газового потока за период нагрева:
Длительность периода нагрева: t1 = 530 с. Расчет периода охлаждения проходит для
условий охлаждения трубы при вынужденном охлаждении воздушным потоком ее поверхности со стороны нагреваемого пространства. Для горизонтально расположенных труб в соответствии с зависимостью [2] коэффициент теплоотдачи:
Для чисел Рейнольдса 10 3 < Re < 10 5 :
Поправка Михеева Et для газов принимается равной 1.
Тогда коэффициент теплоотдачи:
Рассматривая нестационарное охлаждение трубы как задачу охлаждения неограниченного цилиндра, можно определить конечное время цикла охлаждения.
Число Био:
Безразмерная избыточная температура
По номограммам [2] определяем число Фурье:
Тогда длительность периода охлаждения при вентилировании поверхности канала
составит:
Таким образом, время нагрева в регенераторе составляет 10 мин., время охлаждения –
1,6 часа. Целесообразно установить две наполненные керамзитом трубы и включать их
периодически. Временная диаграмма (циклограмма) приведена на рис. 1.
Расчет тепловых потерь от стен помещений при следующих параметрах: температура в
помещении t=20oC, температура наружного воздуха t=-5°C, скорость ветра w=0,5 м/с, материал стен – кирпич. Результаты расчетов привели к получению следующих теплофизических величин. Коэффициент теплоотдачи снаружи помещения α air=14,1 Вт/(м2К). Сопротивление теплопередаче стенки суммарное Rw=0,37 (м2К)/Вт. Коэффициент теплопередачи через стенку kw=2,7 Вт/(м2К). Количество тепловой энергии (тепла), теряемое через 1 квадратный метр поверхности qw=68,5 Вт/м2. Температура стенки внутри помещения tw_in=12,1°C. Температура стенки снаружи помещения tw_out =-0,1°C.
Для Q1 = 3,37 * 10 Вт возможно поддержание температуры внутри помещения на уровне 20 оС с площадью стен F = 49 м2.
Аэродинамическое сопротивление слоя можно рассчитать из формулы [3]:
Тогда потери давления составят Δp =1,2*103Па.
Для обеспечения требуемого расхода воздуха 400 м3/час с рассчитанными потерями
давления 1,2·103 Па целесообразно установить вентилятор центробежный высокого давления ВЦ 10-28, мощность которого составляет 0,12 кВт.
Список литературы
- Солодкая, А. В. Інтенсифікація теплообміну в теплоутилизаторах з гранульованою
насадкою. Дис. на здобуття наук. Ступ. канд. техн. наук за фахом 05.14.06. – «Технічна
теплофізика й промислова теплоенергетика». – Одесса: ОНАПТ, 2018. – 224 с. - Исаченко, В. П. Теплопередача. Учебник для вузов. / В.П. Исаченко, В.А. Осипова,
А.С. Сукомел. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: «Энергия», 1975. – 488 с - Горбис, З. Р. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями / З. Р.
Горбис, В. А. Календерьян. – М.: Энергия, 1975. – 296 с.