3.3 Проверочный расчет тэНа

Целью проверочного расчета является определение температуры спирали и сравнение ее с максимально допустимой рабочей температурой материала спирали.

Значение принимается равным 105С, значение плотности периклаза после опрессовки принимается согласно исходных данных, материал трубки ТЭНа – сталь 10, толщина стенки трубки после опрессовки, теплопроводность стали.

3.3.1 Мощность ТЭНа на первом этапе расчета принимается равной

.

3.3.2 Термическое сопротивление трубки оболочки ТЭНа

,

где - внутренний диаметр трубки оболочки ТЭНа, м;

,

.

3.3.3Термическое сопротивление наполнителя (периклаза)

,

где – теплопроводность наполнителя (периклаза),;

–коэффициент, учитывающий различия условий теплообмена в реальной конструкции нагревателя и в эквивалентной составной трубе;

–наружный диаметр спирали, мм;

,

Коэффициент определяется по формуле:

Теплопроводность наполнителя (периклаза):

,

где – пористость периклаза в готовом ТЭНе, %;

–средняя температура периклаза, С.

Пористость периклаза в готовом ТЭНе:

,

где – плотность периклаза после опрессовки, кг/м³ (принимается согласно исходных данных).

–плотность периклаза с нулевой пористостью.

Средняя температура периклаза

.

Поскольку значение пока не определено, принимаем ориентировочно

,

.

3.3.4 Температура спирали ТЭНа

,

где – температура наружной поверхности оболочки ТЭНа,С.

При серийном изготовлении ТЭНа с алюминиевым оребрением термическое сопротивление между оболочкой ТЭНа и несущей трубкой оребрения незначительно, поскольку обеспечивается хороший контакт между ними. Поэтому при расчете температуры спирали ТЭНа с алюминиевым оребрением принимают температуру наружной поверхности оболочки равной температуре поверхности оребрения, т.е.

.

3.3.5 Значение , полученное при первичном расчете, является ориентировочным и может быть уточнено за счет более точного определения величини. Уточняющий расчет проводят в следующем порядке.

Удельное электрическое сопротивление материала проволоки при рабочей температуре

,

где коэффициент принимается согласно при температуре.

Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при рабочей температуре.

,

где – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления проволоки в результате опрессовки (ориентировочно можно принять равным 1,3).

Мощность ТЭНа при рабочей температуре.

.

Далее, уточняем значение :

.

Уточняем значение :

,

Уточняем значение :

,

.

Уточняем значение :

3.3.6 Максимально допустимая рабочая температура материала спирали , если оказывается, что, то расчет ТЭНа можно считать законченным ().

3.4 Расчет толщины тепловой изоляции 

Расчет толщины тепловой изоляции проводится на основании двух условий:

а) по заданному (допустимому) снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети;

б) по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.

Цель расчета – определение толщина тепловой изоляции. Значение  определяют по каждому из двух вышеуказанных условий и затем принимают наибольшее значение.

3.4.1 Порядок расчета по заданному (допустимому) снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети.

3.4.1.1 Количество теплоты, которое теряет вода в водонагревателе при остывании её на разность температуры :

,

где с – удельная теплоемкость воды; с=4190 Дж/кгС;

М – масса воды, нагреваемой в водонагревателе, кг;

- снижение температуры воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети.

3.4.1.2 Средний тепловой поток, теряемый горячей водой в окружающую среду при ее остывании за 1 час на разность температур :

3.4.1.3 Требуемое термическое сопротивление теплопередаче от воды к окружающей среде:

,

где - температура воздуха в помещении, в котором установлен водонагреватель ()

3.4.1.4 С учетом допущений термическое сопротивление складывается из термического сопротивления слоя тепловой изоляции и термического сопротивления теплоотдаче наружной поверхности водонагревателя:

,

где - теплопроводность материала тепловой изоляции,;

- площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, ;

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, .

Теплопроводность материала тепловой изоляции:

Для стекловаты

_из=0,033+0,25610^-3Т_ср

Согласно рекомендациям:

,

.

Площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, :

Толщина теплоизоляционного слоя:

.

3.4.2 Порядок расчета по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.

Для расчета используется условие неизменности теплового потока при прохождении им последовательных участков тепловой цепи (рассматривается стационарный процесс теплопередачи):

(1),

Левая часть выражения представляет собой тепловой поток, идущий от горячей воды через теплоизоляционный слой к наружной поверхности водонагревателя, а правая часть - тепловой поток отдаваемый от наружной поверхности водонагревателя в окружающую среду.

Извыражение (1) получается формула для расчета искомой толщины теплоизоляционного слоя :

,

где - нормируемая (по соображениям безопасности) температура наружной поверхности водонагревателя принимается равной.

Принимаем толщину тепловой изоляции .