2.Тепловой расчет

А. Полезный расход тепла характеризуется общим уравнением (12),

(12)

где – удельный расход тепла на оттаивание, кДж/м³;

–плотность древесины при заданной влажности, кг/м³;

–удельная теплоемкость при этой температуре, °С;

- средняя температура сортимента в конце обработки, °С;

–температура на поверхности карандаша, °С.

Эта формула справедлива при полном оттаивании сортиментов с последующим нагреванием (т. е. при ).

Б. Тепловые потери

Все основные виды тепловых потерь(Q_конв, Q_исп, Q_огр) имеют только устройства с открытой водной поверхностью, в частности бассейны с мотовилом.

Q_пот=Q_конв+Q_исп+Q_огр

Q_пот = 11,61 + 12,85 + 3,09 = 27,54 кВт

Потери тепла через ограждения определяем по следующей общей формуле (13), кВт

(13)

где – потери тепла через боковые стенки, кВт;

- потери тепла через дно бассейна, кВт.

2,71 + 0,37 = 3,09 кВт.

Потери тепла через боковые стенки определяем по формуле (14), кВт

Q_б.ст. = F_б.ст ∙ K(t_c – t_б.ст)∙10^-3 , (14)

где F_б.ст – площадь боковых стен бассейна, м³;

K – коэффициент теплопередачи, K = 1,2…1,5 Вт/(м²∙°С);

t_с – температура агента обработки, °С;

t_б.ст – температура стен, , гдеt_дна=0…4°С(температура наружной поверхности дна), t₀=5°C.

Q_б.ст.= 38,92∙1,5∙(50 – 3,5)∙10^-3 = 2,71 кВт .

Площадь боковых стен бассейна рассчитывается по формуле (15), м³

F_б.ст = 2h_б(B+L_ср), (15)

где h_б - глубина бассейна, h_б = R_M +0,5,м ;

B– ширина бассейна, B = 2 R_M +0,2;м ;

L_ср – средняя длина бассейна (средняя линия трапеции),

L_ср = L+ (L+ 0,3)/ 2, L =l_р +0,4,где l_р - длина чурака, м.

F_б.ст = 2∙2,8∙(4,8+2,15) = 38,92 м².

Потери тепла через дно бассейна рассчитывается по формуле (16), кВт

= F_дна ∙0,5∙K∙(t_c-t_дна)∙10^-3, (16)

где F_дна– площадь дна бассейна, м²;

t_дна – температура дна бассейна, °С.

= 10,32 ∙ 0,5 ∙ 1,5 ∙(50-2)∙ 10^-3 = 0,37 кВт.

Площадь дна бассейна рассчитывается по формуле (17) , м²,

F_дна = B∙L_ср, (17)

F_дна = 4,8 ∙ 2,15 = 10,32 м².

Теплопотери вследствие конвективной теплопередачи с открытой водной поверхностью определяем по формуле (18), кВт

Q_конв = F∙α∙(t_c- t₀)∙10^-3, (18)

где α – коэффициент теплообмена, Вт/(м²∙°С), α = 25 Вт/(м²∙°С);

t₀ - температура окружающего воздуха, °С;

F – открытая водная поверхность бассейна,F= F_дна, м².

Q_конв = 10,32 ∙ 25 ∙(50-5) ∙10^-3 = 11,61 кВт.

Затраты тепла на испарение воды с поверхности бассейна рассчитываются по формуле (19), кВт

Q_исп=F∙r₀∙i(кВт), (19)

где F– площадь теплоотдающей поверхности, м²(принимается равной площади дна бассейна);

r₀ = 2490 кДж/(кг*°С) – скрытая теплота парообразования,

i– количество воды, испаряющейся с 1 м² поверхности в секунду, зависит от температуры агента обработки и принимается по рекомендациям[1, с. 74]

Q_исп= 10,32 ∙ 2490 ∙ 5∙10^-4= 12,85 кВт,

Удельный расход тепла на потери, отнесенный к 1 м³ обрабатываемой древесины определяем по формуле (20), кДж/м³

(20)

Суммарный удельный расход тепла на обработку, кДж/м³, определяем по формуле (21)

(21)

где – тепловой расход тепла, кДж/м³;

–удельный расход тепла на потери, кДж/м³

- коэффициент, учитывающий дополнительные элементы потерь.

Полный расход тепла в единицу времени, кВт, т.е суммарную тепловую мощность установки, определяем по формуле (22)

(22)

Расход теплоносителя в единицу времени определяем по формуле (23)

(23)

где – температура горячей воды, подаваемой в бассейн,°С;

–температура обрабатываемой среды в бассейне, °С.

Термический коэффициент полезного действия установки для теплового обработки определяем по формуле (24)

(24)

На основе расчетов теплопотерь построена гистограмма рис.2, которая показывает где наибольшее значение теплопотерь.

Рис.2. – гистограмма теплопотерь.

На рис.2 видно что наибольшее значение теплопотерь имеют затраты тепла на испарение воды с поверхности бассейна.