Расчет тепловых коэффициентов

 

Для дальнейших расчетов необходимо определить коэффициенты теплоотдачи, коэффициент теплопередачи через многослойную стенку и удельный тепловой поток. Для расчетов используем схему на рис.1.

 

 

t°ст1 t°ст2 t°ст3 t°к вс a1 с с a2 dс dст1 dиз d3

q

Рис.1 Схематический разрез стенки пищеварочного котла. Слева направо: стенка внутреннего котла, паровая рубашка, стенка наружного котла, тепловая изоляция, кожух.

 

Для выбранного аппарата выполняют схематический разрез стенки аппарата, затем устанавливают направление теплового потока.

Удельный тепловой поток через многослойную стенку аппарата от теплоносителя к внешней среде (обычно окружающий аппарат воздух) определяют по формуле

 

,

(3.1)

 

Формула для расчета коэффициента теплопередачи через плоскую стенку имеет вид

 

,

(3.2)

 

Коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ зависят от многих факторов: от вида среды (газ, пар, капельная жидкость), от характера и скорости движения среды, физических свойств среды, от формы, размеров и положения поверхности теплообмена, температуры стенки и др. Для небольшого числа случаев коэффициент теплоотдачи можно определить теоретически.

Конденсация насыщенного пара на твердой поверхности происходит, если ее температура меньше температуры насыщения при данном давлении.

При конденсации водяного пара на вертикальной поверхности в условиях ламинарного движения конденсатной пленки и одинаковой температуры стенки по всей ее высоте Н коэффициент теплоотдачи от теплоносителя (пароводяная смесь в рубашке котла) определяют из уравнения

, (3.3)

где А = 5 500 + 65 t _конд – 0,2 t² _конд; t _конд – температура конденсации пара (определяется по таблице водяного пара в зависимости от его давления, прил. 12); () – задается в пределах 0,08…0,4 ºС; Н – высота варочного сосуда котла или автоклава, м.

Для жарочных шкафов и сковород расчет проводится по формулам (3.4)- (3.9)с учетом технологических сред (воздух или жир). Свойства воздуха и жира приведены в приложениях 9,11

При расчете α_2, необходимо учитывать, что в процессе теплообмена между наружными нагретыми стенками аппарата (кожух, облицовка, крышка и т. д.) и окружающей средой имеет место одновременно конвективный и лучистый теплообмен. Поэтому коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

, (3.4)

Коэффициент находится из критерия Нуссельта

, (3.5)

геометрический размер теплоотдающей поверхности в данном случае численно равен высоте кожуха или облицовки,коэффициент теплопроводности окружающей среды (воздуха) определяется при температуре , Вт/(м∙К). На данном этапе необходимо задаться первоначальным значением температуры кожуха (облицовки), которая нормируется и находится в пределах 35-55 С.

Критерий Нуссельта находится из соответствующего критериального уравнения [4–6, 10]. При свободной конвекции капельных жидкостей и газов можно использовать эмпирическое уравнение Михеева для любой поверхности

 

, (3.6)

 

С и n определяются по произведению () (табл. 2).

 

Таблица 2

Значения С и n при различных значениях Gr∙Pr

Gr∙Pr	Режим	С	n
10-3…5·102	Ламинарный	1,18	0,125
5·102…2·107	Переходный	0,54	0,25
2∙107…1013	Турбулентный	0,135	1/3

 

Число Прандтля берется из таблиц или определяется по формуле

, (3.7)

где , , , – свойства среды

Число Грасгофа определяется по формуле

, (3.8)

Определение по приложению 11.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле Стефана–Больцмана

, [5. С.72] (3.9)

где – степень черноты теплоотдающей стенки (прил. 6); = 5,67 Вт/(м²∙К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела;

При решении частных задач для определения коэффициентов теплоотдачи конвекцией от горизонтальной облицовки аппарата к окружающему воздуху можно использовать формулу Жуковского [4. С.173]

, (3.10)

при условии что 15 ºС < () < 90 ºС, (для котлов, кипятильников), в случае естественной конвекции от горизонтальной поверхности вверх (при £ 150 ºC для сковород, фритюрниц) в закрытых помещениях определяют по приближенной формуле

, [5. С.73]. (3.11)

Следует отметить, что формула (3.11) дает несколько завышенные значения коэффициента теплоотдачи . И имеет ограничения при использовании.