2.7.2 Розрахунок розмірів теплообмінника

Розрахунок теплообмінників будемо вести згідно до рекомендацій та залежностей приведених[15,16,17].

Теплообмінник виконуємо з латунної труби за ГОСТ 494-90, розміром 23Ч2 мм.

Зробимо перерахунок швидкості теплоносія та числа Рейнольдса:

Число Прандтля

(2.78)

де η – динамічна в’язкість теплоносія (з табл. 2.13);

Ср – теплоємність теплоносія (з табл. 2.13);

λ – теплопровідність теплоносія (з табл. 2.13).

Число Нусельта для турбулентного режиму

(2.79)

Знайдемо коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до внутрішньої поверхні труби, через число Нусельта:

(2.80)

Теплообмін на зовнішній поверхні труби теплообмінника відповідає теплопередачі в необмеженому просторі, розрахунок будемо вести за методиками викладеними в джерелах [15,17].

Для вище описаного типу теплообміну критерій Нусельта є функцією від Грасгофа та Прандтля.

(2.81)

де коефіцієнти с, n визначаються по величині (Gr·Pr), за табл. 2.27

Таблиця 2.27

Значення с та n в формулі (2.81)

(Gr·Pr)	с	n
	1,18
	0,54
	0,135

Критерій Грасгофа:

(2.82)

де g – прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с²;

L – характерний лінійний розмір поверхні теплообміну, м;

β – температурний коефіцієнт температурного розширення, ˚С ^-1;

t_c – температура поверхні теплообміну, ˚С ;

t_w – температура води в БА, ˚С;

ν – кінематична в’язкість води, м²/с.

Оберемо з табличних даних значення β, ν та задамося L = 0,023 м(зовнішній діаметр трубки теплообмінника) тоді критерій Грасгофа:

Число Прандтля при температурі 60˚С, дорівнює 2,98, тоді добуток:

Тоді формула (2.81), з урахуванням коефіцієнтів з табл. 2.27 матиме вид[15]:

(2.83)

За аналітичними залежностями з [17], в формулі (2.81) коефіцієнт с = 0,105

Для розрахунків обираємо формулу (2.83) [15]:

Тоді опір теплопередачі:

Визначимо площу теплообмінника через теплопровідність:

(2.84)

де Q΄΄_то.мах – максимальний тепловий потік через теплообмінник, Q΄΄_то.мах = 15 кВт.

Розрахунок будемо весті для малого температурного напору 5˚С

Довжина теплообмінника:

(2.85)

З іншого боку довжина пружини:

(2.85)

де L – довжина розгорнутої пружини;

n – повна кількість витків пружини;

D – зовнішній діаметр пружини;

d – діаметр проволоки;

t – шаг витків пружини;

Знаходимо зовнішній діаметр пружини теплообмінника БА задаючись n=5,5; t=0,06

D_ба = 0,71 м; з конструктивних міркувань приймаємо D_ба = 0,8 м

для БОР D_бор = 0,5 м; n_бор=6,5 ; t=0,06

2.8 Розрахунок газового догрівача

В системі передбачено резервний нагрівач, що забезпечує безперебійний підігрів води для споживання у побутових потребах.

Для розрахунку задамо параметри:

t_вх = 15˚С;

t_вих = 55˚С;

G = 0,3 кг/с.

(2.86)

де b_г – приведена теплота горіння природного газу, b = 40 МДж/кг;

Тоді секундна об’ємна витрата газу:

ВИСНОВКИ

В даній роботі було спроектовано сонячну установку гарячого водопостачання з витратами гарячої води 800л/добу. Місце розташування смт Драбів. Основне джерело тепла – поле геліоколекторів загальною площею 36,8 мІ. Для забезпечення неперервності теплопостачання, до складу установки було включено бак оперативного розходу, добовий тепловий акумулятор та резервний електричний підігрівач води. В період з квітня по жовтень система в повному обсязі забезпечує споживачів теплом необхідним для нагріву заданого об’єму води. В період з листопада по березень вода з мережі частково підігрівається за рахунок сонячного тепла, частково автоматичним газовим догрівачем до температури 50-55˚С.

Наявність у системі баку оперативного розходу значно підвищує ефективність системи при роботі в зимові місяці коли щільність потоку сонячної радіації незначна, та не достатня для нагріву води в баці акумуляторі великого об’єму. Бак оперативного розходу підвищує інерційність системи – дозволяючи нагрівати воду для побутових потреб навіть у найхолодніші зимові дні. В системі також запропоноване використання насосу зі змінними параметрами роботи, за рахунок чого система автоматичного управління змінюючи швидкість оберту валу електродвигуна, змінює розхід теплоносія через колектори, забезпечуючи більший підігрів теплоносія.

Передбачено рух теплоносія повз теплові акумулятори, під час прогріву колектора до заданих температур, що забезпечує збереження запасеної теплоти.

Розроблена система є надійною та екологічно безпечною, простою при монтажі та не потребую значних матеріальних витрат.

В магістерській дипломній роботі планується написання програмного продукту для розрахунку систем гарячого водопостачання, розробка процесу виготовлення сонячного колектора, розрахунок витрат на систему та розрахунок економічного ефекту від впровадження. Окремою задачею є оптимізація системи саме за економічними показниками, мається на увазі вибір більш дешевих варіантів виконання вузлів та їх елементів, за умови забезпечення заданих параметрів.