Визначення втрат теплоти в навколишнє середовище

Втрати теплоти харчоварильними апаратами в навколишнє сере­довище при нестаціонарному і стаціонарному режимах включають в себе:

,

де – втрати теплоти через обичайку харчоварильного котла в навколишнє середовище, кДж;

– втрати теплоти через кришку харчоварильного котла в навколишнє середовище, кДж;

– втрати теплоти через дно харчоварильного котла в нав­колишнє середовище, кДж. Ці тепловтрати незначні, тому при розрахунку можуть не враховуватись.

Втрати теплоти визначаються за формулою, Дж:

Q₅ = α­F(t_П – t_о )τ,

де F – поверхня огорожі (кришка, обичайка), м²;

α – коефіцієнт тепловіддачі від поверхні огорожі в навко­лишнє середовище, Вт/(м²К);

t_П – середня температура поверхні охолодження, С;

t_o – температура навколишнього середовища, С;

τ – тривалість періоду, с.

У процесі віддачі теплоти огорожею котла має місце тепло­віддача конвенцією і випромінюванням, тому коефіцієнт тепловіддачі в цьому випадку визначається за формулою:

де α_к – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(м²К);

α_в – коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням (проміневи­пусканням), Вт/(м²К).

При визначенні коефіцієнта тепловіддачі конвекцією, перш за все, необхідно з’ясувати характер теплообміну: чи відбувається він при вимушеному або вільному русі повітря відносно поверхні, що віддає тепло.

Потрібно пам’ятати, що при змушеному русі коефіцієнт тепло­віддачі визначається за допомогою критеріїв Рейнольда Re і Прандтля Pr. Перший з них характеризує динаміку потоку, другий – фізичні константи навколишнього середовища (повітря).

Необхідно враховувати, що віддача теплоти стінками апарата в навколишнє середовище відбувається в основному при вільному русі повітря, тому визначними являються критерії Грастофа Gr і Прандтля Pr. Перший характеризує інтенсивність конвективних пото­ків, що виникають внаслідок різниці густини робочого тіла (повітря) і перепаду температур між ним і стінкою апарата з урахуванням гео­метричної характеристики поверхні, що віддає тепло.

З критеріїв, що визначають основу, вичислюється критерій Нусельта Nu, що включає в себе значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією та характеризує собою теплову подобу.

Вказані критерії мають наступний вигляд:

,

де а – коефіцієнт температуропровідності повітря, м²/сек;

g – прискорення сили тяжіння, м/сек²;

λ – коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт/(м∙К);

β – коефіцієнт об’ємного розширення повітря, 1/К;

,

де t – температура, що визначається, ⁰С;

l – геометричний розмір, що визначається, м;

υ – кінематичний коефіцієнт в’язкості повітря, м²/сек;

Δt – перепад температур між огородженням і повітрям, К

Значення фізичних параметрів сухого повітря, що необхідні при визначені Gr, Pr, і α_к ,наведені в табл. 4.

Таблиця 4

Фізичні параметри сухого повітря

t,0С	Коефіцієнт теплопровідності λ∙102, Вт/(м∙К)	Кінематичний коефіцієнт в’язкості, υ∙106, м2/сек	Критерій Прандля Рґ
20	2.59	15.06	0.703
30	2.67	16.00	0.701
40	2.76	16.98	0.699
50	2.83	17.95	0.698
60	2.9	18.97	0.696
70	2.96	20.02	0.694
80	3.05	21.09	0.692
90	3.13	22.10	0.690
100	3.21	23.13	0.688
120	3.34	25.45	0.686
140	3.49	27.80	0.684
160	3.64	30.09	0.682

При вільній конвекції в необмеженому просторі критеріальне рівняння має вигляд:

.

Величини с і п для окремих областей зміни добутку (Gr∙Pr) можна прийняти із табл. 5.

Таблиця 5

Gr∙Pr	С	П
<5∙102	1,18	1/8
5∙102…2∙107	0,54	¼
>2∙107	0,135	1/3

Таблиця 6