10. Задачі до розділу III для самостійного розв’язання

10.1. Виконати тепловий конструкторський і аеродинамічний розрахунки контактного теплообмінника, призначеного для нагріву зварювального флюсу марки АНК у рухомому щільному шарі, що продувається. Необхідно нагріти кг/с флюсу від ⁰С до ⁰С. Середовищем, що гріє, є продукти згоряння з температурою на вході ⁰С, їхня витрата кг/с. Шар флюсу рухається у вертикальній шахті циліндричного перерізу зверху вниз під дією гравітаційних сил. Продукти згоряння продуваються через шар знизу зі швидкістю , де - швидкість початку псевдозрідження. Характеристики флюсу такі: діаметр часток м., їхня густина кг/м³, теплоємність Дж/(кгК), порізність шару . Визначити площу теплообмінної поверхні, площу перерізу і висоту шахти.

10.2. Виконати тепловий конструкторський і аеродинамічний розрахунки теплообмінника, призначеного для охолодження кг/с зварювального флюсу в псевдозрідженому шарі від ⁰С до ⁰С. Охолоджуючим середовищем є повітря, температура якого на вході в охолоджувач ⁰С, на виході ⁰С. Робоча швидкість повітря складає , де - швидкість початку псевдозрідження. Діаметр часток флюсу м, їхня густина кг/м³, теплоємність Дж/(кгК).

10.3. Виконати конструкторський тепловий розрахунок трубчастого теплообмінника, що служить для нагрівання кг/с порошку карбіду бора від температури ⁰С до ⁰С. Порошок рухається у вертикальній шахті у виді щільного шару зі швидкістю м/с, обмиваючи поперечно горизонтальний шаховий пучок сталевих труб діаметром м., поперечний і подовжній кроки труб . Розмір часток порошку мм, їхня густина кг/м³, теплоємність шару Дж/(кгК), його порізність . У трубах зі швидкістю м/с рухаються продукти згоряння, що охолоджуються від ⁰С до ⁰С. Визначити площу теплообмінної поверхні, а також площу поперечного перерізу шахти.

10.4. Виконати конструкторський тепловий розрахунок трубчастого теплообмінника, що служить для охолодження порошку карбіду кремнію в щільному шарі після сушіння від ⁰С до ⁰С. Шар порізністю рухається у вертикальній шахті прямокутного перерізу зі швидкістю м/с. У трубах зі швидкістю м/с рухається холодна вода, її температура на вході ⁰С, на виході ⁰С. Визначити площу теплообмінної поверхні, поперечний переріз шахти, кількість і довжину труб.

Розділ IV. Розрахунок сонячних колекторів

11. Розрахунок корисного теплового потоку і теплових втрат у сонячному колекторі

Задача 11.1. Визначити втрати теплоти і корисний тепловий потік сонячного колектора (рис. 11.1) площею поверхні 10 м², призначеного для нагрівання рідини (вода) від 10 до 50⁰С. Витрати рідини складають кг/с. Основним елементом колектора є алюмінієва поглинаюча пластина, покрита поглинаючою плівкою (абсорбер). Нижня поверхня колектора покрита шаром пінопласту товщиною см. Над верхньою поверхнею колектора встановлені два скляних покриття зі ступенем чорноти . Відстань між покриттями складає см. Щільність потоку падаючого сонячного випромінювання дорівнює Вт/м². Швидкість вітру складає м/с, температура навколишнього середовища - ⁰С. Кут нахилу колектора до обрію . Відбивна здатність системи «пластина – покриття» .

Розв’язання.

I. Орієнтуючись на температуру аміаку, що нагрівається, приймаємо в першому наближенні температури поглинаючої пластини К, першого скляного покриття К и другого скляного покриття К.

1. Виписуємо необхідні для розрахунку властивості матеріалів [9].

Для пінопласту:

кг/м³; Вт/(мК); кДж/(кгК).

Ступінь чорноти плівки на пластині: .

Рис.11.1 Схема сонячного колектора.

1 – пластина; 2 – скляні покриття; 3 – труба, 4 – ізоляція.

2. Розраховуємо коефіцієнт теплових втрат через нижню поверхню :

, Вт/(м²К),

3. Розраховуємо коефіцієнти тепловіддачі від верхньої поверхні пластини і від скляних покриттів за рахунок конвекції і випромінювання: , ; , ; , .

3.1 Для визначення коефіцієнта тепловіддачі при вільній конвекції між пластиною і першим покриттям, використовуємо емпіричне рівняння, отримане для двох паралельних пластин, нахилених до обрію під кутом  [15]:

Властивості повітря в зазорі при середній температурі 30 ⁰С (табл. 7 Додатків):

м²/с; Вт/(мК); К^-1

Вт/(м²К)

3.2 Коефіцієнт променистого теплообміну між пластиною і першим покриттям визначаємо з формули [1,15]:

Вт/(м²К)

Тут Вт/(м²К⁴) - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, - ступінь чорноти першого скляного покриття.

- приведений ступінь чорноти системи "пластина-покриття".

3.3 Розраховуємо термічний опір :

К/(Вт/м²).

3.4 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі при вільній конвекції в зазорі між двома скляними поверхнями - .

Властивості повітря в зазорі при середній температурі 20 ⁰С (табл. 7 Додатків):

м²/с; Вт/(мК); К^-1

К

Вт/(м²К)

3.5 Коефіцієнт променистого теплообміну між першим і другим скляним покриттям :

Вт/(м²К)

тут

3.6 Визначаємо :

К/(Вт/м²)

3.7 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від другого покриття, що обдувається вітром - [15]:

, Вт/(м²К)

3.8 Коефіцієнт променистого теплообміну між другим покриттям і навколишнім середовищем:

Вт/(м²К)

3.9 Термічний опір :

К/(Вт/м²).

3.10 Коефіцієнт теплопередачі через верхню поверхню сонячного колектора (СК) визначаємо як величину, зворотну сумі відповідних термічних опорів:

Вт/(м²К).

4. Розраховуємо сумарний коефіцієнт теплових втрат :

Вт/(м²К)

5. Визначаємо втрати теплоти з 10 м² поверхні колектора:

Вт

6. Визначаємо тепловий потік, поглинений пластиною:

Вт

7. Тоді величина корисного теплового потоку:

Вт.

С другого боку:

Вт

де - табл..2 Додатків

8. Розраховуємо температуру:

- другого скляного покриття:

К

- першого скляного покриття:

К

- пластини:

К

Температури пластини і покриттів значно відрізняються від прийнятих, тому перезадаємося їхніми значеннями і повторюємо розрахунок у другому наближенні.

Остаточно одержуємо:

Вт; Вт

К, К, К