1.1.3 Тепловой расчет нагревательного блока электрокалорифера
В качестве нагревательных элементов в электрокалориферах используют трубчатые электронагреватели (ТЭН), смонтированные в единый конструктивный блок.
В задачу теплового расчёта блока ТЭНов входит определение количества ТЭНов в блоке и действительной температуры поверхности нагревательного элемента. Результаты теплового расчёта используют для уточнения конструктивных параметров блока.
Мощность одного ТЭНа определяют исходя из мощности калорифера PК и числа ТЭНов z, установленных в калорифере
,
(1.20)
Число ТЭНов z принимают кратным 3, причем мощность одного ТЭНа не должна превышать 3…4 кВт. ТЭН подбирают по паспортным данным.
кВт.
Выбираем ТЭН200Д13/2,5К220, технические характеристики которого приведены в таблице 1.3.1.
Таблица 1.3.1-Технические характеристики ТЭНов
Обозначение |
Мощность, кВт |
Развернутая длина, см |
Диаметр, мм |
ТЭН200Д13/2,5К220 |
2,5 |
200 |
13 |
По конструктивному исполнению различают блоки с коридорной и шахматной компоновкой ТЭНов. Произведем расчет для коридорной компоновки ТЭНов (рисунок 1.3).
Для первого ряда нагревателей скомпонованного нагревательного блока должно выполняться условие:
0С,
(1.21)
где
-
действительная средняя температура
поверхности нагревателей первого
ряда, 0С;
- суммарная мощность
нагревателей первого ряда, Вт;
СР - средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 0С);
-
суммарная площадь теплоотдающей
поверхности нагревателей первого
ряда, м2;
tв - температура воздушного потока после калорифера, 0С.
Рисунок 1.3 – Схема коридорной компоновки блока ТЭНов
Суммарную мощность нагревателей определяют из параметров выбранных ТЭНов по формуле
,
(1.22)
где k – количество ТЭНов в ряду, шт;
Pт – мощность поверхности одного ТЭНа, кВт.
кВт.
Суммарную площадь нагревателей определяют из параметров выбранных ТЭНов по формуле
,
(1.23)
где Fт – площадь поверхности одного ТЭНа, м2.
Площадь поверхности оребренного ТЭНа
,
(1.24)
где lа – активная длина ТЭНа, м;
d – диаметр ТЭНа, м;
h – высота ребра, м;
a – шаг оребрения, м.
м2.
м2.
Для пучков поперечно обтекаемых труб следует учитывать средний коэффициент теплоотдачи ср, так как условия передачи теплоты отдельными рядами нагревателей различны и определяются турбулизацией воздушного потока
Коэффициент теплоотдачи ТЭНа определяют по эмпирическому выражению
,
(1.25)
где Nu – критерий Нуссельта;
- коэффициент теплопроводности воздуха, = 0,027 Вт/(м0С);
d – диаметр ТЭНа, м.
Критерий Нуссельта для конкретных условий теплообмена рассчитывают по выражениям для коридорных пучков труб
при
,
,
(1.26)
где Re -критерий Рейнольдса.
При
,
(1.27)
Критерий Рейнольдса характеризует режим обтекания ТЭНов воздухом и равен
,
(1.28)
где - скорость воздушного потока, м/с;
- коэффициент
кинематической вязкости воздуха,
м2/с.
Так как значение критерия Рейнольдса больше 1000, следовательно
Вт/м2
0С.
Для обеспечения эффективной термической нагрузки ТЭНов, не приводящей к перегреву нагревателей, следует обеспечивать в зоне теплообмена движение потока воздуха со скоростью не менее 6 м/с. Учитывая возрастание аэродинамического сопротивления конструкции воздушного канала и нагревательного блока с ростом скорости потока воздуха, последнюю следует ограничить 15 м/с.
Средний коэффициент теплоотдачи для коридорных пучков
,
(1.29)
где n - количество рядов труб в пучке нагревательного блока.
Вт/м2
0С.
Температура воздушного потока после калорифера равна
,
(1.30)
где PК – суммарная мощность ТЭНов калорифера, кВт;
- плотность воздуха, кг/м3;
св – удельная теплоемкость воздуха, св = 1 кДж/(кг 0С);
Lв – производительность калорифера, м3/с.
0С
0С
Условие (1.22) выполняется, следовательно принимаем выбранные ТЭНы и его компановку.