Расчет электронагревательных установок для создания микроклимата

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проектирования является практическое освоение методики проектирования электрифицированных тепловых производственных процессов в сельском хозяйстве, закрепление и систематизация теоретических знаний по электротехнологии.

Задание на проектирование выдается преподавателем персонально каждому студенту.

Настоящая работа включает в себя полный расчет электронагревательных установок для создания микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях.

В пояснительную часть записки должны войти следующие разделы.

1. Введение;

2 Расчет вентиляции и определение мощности электронагревательной установки;

3. Расчет и выбор средств для вентилирования;

4. Выбор и расчет конструктивных параметров электронагревательного устройства;

5. Тепловой расчет нагревательных элементов;

6. Разработка электрической схемы автоматического управления электронагревательной установки и расчет параметров регулирования;

7. Расчет силовой сети и выбор аппаратуры управления и защиты, выбор марок и сечений проводов и кабелей;

8. Расчет эксплуатационных показателей;

9. Меры защиты от поражения электрическим током;

10. Спецификация на материалы и оборудование;

11. Выводы по работе;

12. Перечень использованной литературы;

13. Приложения;

14. Содержание расчетно-пояснительной записки.

Графическая часть представляется одним листом формата А24 (841х594). На листе представляется план с нанесением электротеплового оборудования, эскизы электронагревательной установки, нагревательных элементов, схема управления установкой, графики регулирования температуры. Спецификация на электрооборудование приводится в приложениях к пояснительной записке или на листе графического материала. Оформление графической части производится в соответствии с действующими ГОСТ.

Общие положения

Организм животных находится в постоянном взаимодействии с внешней средой. Поэтому создание благоприятного микроклимата в помещениях является одним из основных условий сохранения животных и повышения их продуктивности.

Под микроклиматом понимают совокупность физических свойств и химического состава воздушной среды помещений, в особенности температуры, относительной влажности, содержания вредных газов (углекислый газ, аммиак, сероводород и др.), а также наличие микроорганизмов и частиц пыли. Кроме того, сюда относят движение воздуха (его скорость и направление) и условия освещенности.

Из всех факторов микроклимата температура внутри помещения оказывает наибольшее влияние на продуктивность сельскохозяйственных животных или птицы и использование ими корма. Это объясняется тем, что в организме животного постоянно протекают биохимические процессы, зависящие от температуры. Каждое животное располагает механизмом теплорегуляции, чтобы при изменении температуры окружающей среды температура тела сохранялась постоянной, у млекопитающих 36-37°С, у птицы 40-42°С.

Под оптимальной температурой понимают температуру, при которой вид или возрастная группа животных дают наивысшую продуктивность при наименьшем расходе корма, причем необходимое при этом технологическое оборудование для обеспечения микроклимата должно быть экономически оправдано.

Чем меньше возраст животных, тем выше оптимальная температура и тем точнее ее надо поддерживать. При пониженной температуре воздуха организм животного должен для сохранения температуры тела постоянно дополнительно производить теплоту. Дополнительная энергия может быть получена только из корма, который не может быть использован на образование молока, мяса, яиц. Поэтому при существенном снижении температуры окружающего воздуха продуктивность животных может снижаться на 30-40%. Если температура воздуха слишком высока, то продуктивность также снижается, т. к. усиливается испарение влаги, на что также затрачивается значительное количество энергии животного. Для каждого вида животных и птицы в соответствии с возрастом определены оптимальные и минимальные температуры, (Приложение 1,2), /1,2,3,4/.

Отрицательное влияние на продуктивность животных оказывает высокая влажность. При высокой влажности воздуха тормозиться испарение влаги, уничтожаются полезные отрицательно заряженные ионы, наблюдается конденсация части водяных паров. Во влажном помещении животные быстро зябнут, чаще заболевают. Поэтому необходимо поддерживать влажность в зависимости от вида и возраста, животных в пределах 70-85%, приложение 1,2.

Немаловажное влияние на продуктивность животных и птицы оказывает газовый состав воздуха, который зависит от состояния канализации и частоты уборки навоза и помета, технологии содержания животных, количества и качества подстилки.

Главное назначение вентиляции – поддерживать оптимальную температуру и влажность воздуха в помещении, удалять вредные газы, а также предупреждать конденсацию паров на внутренней поверхности ограждений.

Величина воздухообмена ограничивается скоростью движения воздуха, с тем, чтобы в помещении не было сквозняков.

Расчет вентиляции

Воздухообмен в животноводческих помещениях может осуществляться как с помощью естественной, так и принудительной вентиляции.

Естественная вентиляция происходит за счет разности давления наружного воздуха и воздуха внутри помещения и энергии ветра. Простейшей системой естественной вентиляции с учетом тепловыделения в помещении является шахтная вентиляция. Она работает по принципу удаления воздуха из верхней зоны через утепленные шахты, заделанные в перекрытия, и подачи свежего воздуха через подоконные или надоконные щели.

Удаление загрязненного воздуха с помощью естественной вентиляции в большинстве случаев не позволяет обеспечить требуемый газовый состав воздуха внутри животноводческих помещений.

Принудительные системы вентиляции подразделяются на вытяжные, приточные и приточно-вытяжные, которые осуществляются при помощи вентиляторов.

Вытяжные системы вентиляции оборудуются вытяжными вентиляторами на одной стороне помещения и воздухозаборными отверстиями с другой стороны или под крышей.

Приточные системы вентиляции, по сравнению с вытяжными, имеют ряд преимуществ: более равномерное распределение поступающего воздуха по помещению, исключается влияние ветра, поступающий воздух может быть прогрет, очищен от пыли, обеззаражен и т.д.

Приточная принудительная вентиляция, как правило, осуществляется при помощи центробежных вентиляторов. Удаление загрязненного воздуха осуществляется чаще всего через специально устраиваемые для этой цели отверстия – в местах наибольшей концентрации вредных примесей, в частности, в верхней зоне (шахты, фонари, щели). Причем, при расчете необходимо предусматривать превышение притока воздуха над его удалением в пределах 10-20% с тем, чтобы создаваемый таким образом подпор воздуха предохранял помещение от проникновения в помещение инородных частиц и болезнетворных микроорганизмов из соседних помещений. Особенно такие меры необходимо предусматривать в помещениях для телят, супоросных маток с поросятами-сосунами и для поросят-отъемышей.

Расчет объема приточного воздуха определяется из условия растворения углекислоты до допустимой концентрации и предельно допустимого содержания водяных паров. В этом случае происходит удаление и других вредных примесей (аммиак, сероводород, пыль), выделяющихся в помещениях в значительно меньших количествах.

Количество приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляется по формуле:

, м³/ч,

где	ci	-	количество углекислого газа, выделяемое одним животным или птицей данного вида, л/ч (приложение 3,5);
	ni	-	количество животных данного вида в помещении;
	k	-	число видов животных;
	c1	-	предельно допустимая концентрация CO2 в воздухе помещения, л/м3 (приложение 1);
	c2	-	концентрация CO2 в наружном воздухе (c2=0,3…0,4 л/м3).

Количество приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров, определяется по формуле:

, м³/ч,

 

где	W	–	суммарные влаговыделения в помещении, г/ч;
	dв	–	влагосодержание воздуха в помещения, г/кг;
	dн	–	влагосодержание наружного воздуха, г/кг;
	r	–	плотность воздуха при температуре помещения, кг/м, (приложение 7).

 

Значения d_в и d_н определяются по i-d-диаграмме для влажного воздуха с учетом относительной влажности наружного воздуха j_н=85-90% и внутри помещения также с учетом относительной влажности внутреннего воздуха j_в. Поскольку, при низких отрицательных температурах d_н по i-d диаграмме определить затруднительно, то можно пользоваться для определения L_W следующей формулой:

, м³/ч;

где

rв,rн

–

соответственно плотность внутреннего и наружного воздуха при соответствующей температуре.

 

Влагосодержание воздуха d и его плотность r определяются по приложению 7.

Общее выделение влаги в помещении для животных подсчитывается по формуле:

,

где	Wi	–	выделение влаги одним животным данного вида, г/ч (приложение 3,5);
	ni	–	количество животных данного вида в помещении;
	x	–	коэффициент, учитывающий испарение влаги с мокрых поверхностей помещения (для коровников и телятников x=1,07...1,25; для свинарников x=1,09...1,3; большие значения x относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации).

 

Влаговыделение в птичнике:

,

где		–	количество водяных паров, выделяемых птицами;
		–	количество влаги, испаряющейся из помета.

Количество водяных паров и влаги определяется по нижеприведенным формулам:

где	Wi	–	выделение влаги одной птицей данного вида, г/ч; (приложение 5,6);
	ni	–	количество птиц данного вида в помещении;
	Рпом	–	среднесуточный выход помета от одной птицы (приложение 8);
	0,7	–	коэффициент, учитывающий усушку помета.

 

Необходимый воздухообмен, L м³/ч принимается но наибольшей из двух величин или .

Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена:

,

где

Vn

–

внутренней объем помещения, м3.

В животноводческих фермах для холодного периода года m = 3…6, в птичниках с многоярусным расположением батарей m = 9…13. Если для помещения расчетная кратность воздухообмена окажется меньше рекомендуемой, то расчетная подача воздуха определятся из выражения L = m_minV_п.

Площадь сечения (м²) всех вытяжных шахт при естественной тяге определяется по формуле:

,

 

где:

n

–

скорость движения воздуха в вытяжной шахте. помещения, м3.

 

Скорость воздуха:

,

где	h	–	высота вытяжной шахты (2….10м);
	tв	–	расчетная температура внутри помещения, 0С;
	tн	–	расчетная температура наружного воздуха, 0С. внутренней объем помещения, м3;

 

Число вытяжных шахт:

,

где

f

–

живое сечение одной шахты, м2 (в типовых проектах животноводческих помещений обычно принимаются вытяжные шахты квадратного сечения со стороной квадрата 400, 500, 600, 700 мм или прямоугольного сечения).

Подача вентилятора L_в (м³/ч) принимается по величине расчетного воздухообмена с учетом поправочного коэффициента на подсос в воздуховодах: при стальных, пластмассовых и асбоцементных воздухопроводах длиной 50м -1,1; в остальных случаях -1,15:

.

Число вентиляторов определяется из условия, что подача одного вентилятора, во избежание повышенного уровня шума, не должна превышать 8000 м³/ч с учетом предпочтительной схемы отопления и вентиляции.

 

Расчет отопления.

 

Микроклимат в животноводческом помещении зависит от его теплоизоляции, воздухообмена, температуры наружного воздуха и количества теплоты, выделяемой животными. В тех случаях, когда в зимнее время тепловые потери через ограждения и вентиляцию не компенсируются тепловыделениями животных или птиц, помещения необходимо оборудовать системами отопления.

Расчет отопления животноводческих помещений ведут на основе уравнения теплового баланса, /2,3,5/.

 

где	Рогр	–	тепловой поток через ограждение;
	Рв	–	потери теплоты на вентиляцию;
	Рсп	–	случайные потери теплоты, обычно принимаются 10-15% от Рогр+Рв;
	Рдоп	–	дополнительные потери теплоты в зависимости от ориентации стен к сторонам света, как правило дополнительные потери принимают в пределах 10-15% от половины потерь через стены, окна, двери;
	Рж	–	поток свободной теплоты, выделяемой животными или птицей;
	Рэ		тепловые потоки от средств местного электрообогрева и электрических ламп.

 

Тепловые потери через все наружные ограждения в Вт или кВт определяются по формуле:

 

 

где:	R0	–	сопротивление теплопередаче ограждения, м2 0C/Вт;
	F	–	поверхность ограждения, м2;
	tвн tн	–	расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, 0С;
	n	–	поправочный коэффициент (для наружных стен и полов на грунте; n=1, для чердачных перекрытий с различными видами кровли; n=0,75…0,9; для ограждений, отделяющих отапливаемые помещения от неотапливаемых n=0,4…0,7; для перекрытий над подпольями n=0,4…0,75).

 

Сопротивление m – слойного ограждения теплопередаче равно:

где	Rв	–	термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, приложение 9;
	di	–	толщина i-того слоя ограждения, м;
	l i	–	коэффициент теплопроводности i-того слоя ограждения, Вт/м×0С, приложение 11;
	Rн	–	термическое сопротивление теплопередаче наружной поверхности ограждения, приложение 10.

 

Виды и конструкции ограждений определяются по паспорту проекта помещений. Некоторые виды конструкций ограждений приведены в приложении 15.

Потери теплоты через не утепленные полы определяют по зонам шириной 2м, параллельным наружными стенам. Сопротивление теплопередаче R_нп для первой зоны, расположенной непосредственно у стены, составляет 2,15; для второй 4,3; для третьей – 8,6; для остальной площади пола -14,2 м^{2 0}С/Вт. Для утепленных полов сопротивление теплопередаче определяется по формуле:

 

где	dус	–	толщина утепляющего слоя, м;
	lус	–	коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, Вт/м×0С;
	dI, lI	–	толщина и коэффициент теплопроводности остальных слоев пола.

 

В том случае когда, коэффициенты теплопроводности материалов, из которых состоят полы, Вт/м⁰С, то полы на грунте считаются не утепленными.

Кроме того, необходимо учитывать дополнительные потери теплоты через строительные ограждения, которые определяются ориентацией здания по отношению к сторонам света, господствующими направлениями ветра и т.д. Стенам, обращенным на север, восток, северо-восток и северо-запад, присущи дополнительные потери теплоты в размере 10%, а обращенным на юго-восток и запад, в размере 5% от основных теплопотерь. Для зданий, построенных на возвышенности, открыто делают 10% надбавку на теплопотери через все ограждения.

Тепловой поток, необходимый для подогрева приточного воздуха, равен:

где:	Lрасч	–	расчетный воздухообмен помещения, м3/ч;
	r	–	плотность наружного воздуха при соответствующей температуре, кг/м3;
	с	–	теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/кг 0C.

 

Поток свободной теплоты, выделяемой животными:

где	qi	–	тепловой поток, выделяемый одним животным данного вида, Вт;
	ni	–	количество животных данного вида в помещении.

Если температура, при которой содержатся животные, отличается от температуры, при которой осуществлялись замеры выделений животными, то необходимо вносить поправочный коэффициент, приложение 4.

Для птицеводческого помещения тепловую производительность системы отопления определяют из уравнения теплового баланса:

 

 

где

Рэ

–

тепловой поток от средств местного электрообогрева и электрических ламп, Вт.

Поток свободной теплоты, выделяемой птицами:

,

где	qi	–	тепловой поток, выделяемый одной птицей данного вида (приложение 5), Вт;
	0,6	–	коэффициент, учитывающий тепловыделение от птиц в ночное время.

Если температура, при которой содержится птица, отличается от температуры, указанной в приложении 5, то необходимо вносить поправочный коэффициент, приложение 6.

Необходимо обратить внимание на то, что в таблице 5 приводятся выделения не на одну голову, а на 1 кг живой массы птицы и указывается вес птицы.

Тепловой поток на испарение влаги из помета определяется по формуле:

,

 

где	Wпом	–	количество влаги, испаряющейся из помета, г/ч;
	2,49	–	скрытая теплота испарения воды, кДж/г.

 

Расчет электронагревательных установок для создания микроклимата

 

Обогрев животноводческих помещений может осуществляться различными электронагревательными установками: электрическими калориферами, электробогреваемыми полами с различного рода нагревателями, электрообогреваемыми панелями и т.п. Выбор типа электронагревательных устройств осуществляется с учетом большого количества факторов: вида и возраста животных и птицы, технологии их содержания, типа обогреваемого помещения и конструкции его ограждений и т.д. У каждого нагревательного устройства, используемого для создания микроклимата, есть свои достоинства и недостатки.

 

 

4.1. Расчёт электрокалориферной установки.

 

Поскольку в большинстве животноводческих помещений микроклимат создают, используя принудительную вентиляцию с подогревом приточного воздуха при помощи электрокалориферов, теплогенераторов или приточно-вытяжных установок с электроподогревом воздуха, и естественную вытяжку загрязненного воздуха, то для дальнейшего расчета необходимо выбрать принципиальную схему отопительно-вентиляционной системы (количество электрокалориферных установок и схему воздуховодов). При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства: размеры помещения, наличие и местоположение вентиляционных камер, в которых устанавливается отопительно-вентиляционное оборудование, вид и возраст животных, условия их содержания и т.п, /3,7,8/.

После выбора принципиальной схемы отопительно-вентиляционной системы (количества приточных установок n), дальнейший расчет ведется на одну приточно-отопительную систему, которая должна обеспечить воздухообмен в объеме L/n при тепловом потоке Р/n.

Мощность электрокалориферной установки определяется по формуле:

 

,

где

–

к.п.д. электрокалорифера, в зависимости от места установки, 0,92…1.

 

Преобразование электрической энергии в тепловую осуществляется в специальном нагревателе основным элементом которого, является нагревательная спираль, как правило, из нихрома, закрепляемая на специальных держателях или помещаемая в трубку из стали или металлических сплавов. Электрический нагреватель, изготовленный в виде трубки со спиралью внутри, получили название трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов). В качестве нагревательных элементов рекомендуется использовать оребренные ТЭНы.

Число ТЭНов в электрокалорифере z_н принимается кратным трем, причем мощность одного ТЭНа не должна превышать 1,5…3 кВт, а температура поверхности оребрения во избежание появления в подогретом воздухе продуктов возгонки (сгоревшие частицы пыли, пуха и т.п.) не должна превышать 180…200 ⁰С. Кроме того, при определении количества ТЭНов необходимо учитывать их компоновку в калорифере. Количество рядов ТЭНов по направлению движения воздуха должно быть не более 3…4. Количество ТЭНов в ряду зависит от их общего количества, а также от подачи вентилятора. В последующем количество ТЭНов может быть уточнено при расчете их теплового режима.

 

При электрическом расчёте ТЭНа необходимо задаться действительной температурой спирали, выполняемой, как правило, из нихромовой проволоки и определить расчетную температуру:

 

где	tд	-	действительная температура спирали, (tд » 800…1000 оС);
	kм	–	коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения по сравнению со стандартными условиями (вытянутая проволока при неподвижном воздухе), поэтому коэффициент монтажа всегда меньше единицы;
	kc	-	коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения, поэтому он всегда больше единицы.

 

Результаты расчетов в значительной мере зависят от достоверности значения k_м и k_с. Значения k_м и k_с приведены в таблицах 4.1 и 4.2, / 1,2,3/.

 

Таблица 4.1 - Значения коэффициента монтажа

 

Конструктивное выполнение нагревателя	kм
Проволока, натянутая горизонтально в спокойном воздухе	1,0
Проволочная спираль в спокойном воздухе	0,8-0,9
Проволочная спираль на огнеупорном держателе	0,7
Проволока, навитая на огнеупорный держатель в спокойном воздухе	0,6-0,7
Нагревательные сопротивления между двумя слоями тепловой изоляции (закрытые электроплитки, некоторые трубчатые электронагреватели)	0,5
Нагревательные сопротивления с мощной тепловой изоляцией (ТЭНы, электрообогреватели почвы, полы и т.п.)	0,3-0,4

 

Меньшие значения k_м берут для меньших диаметров проволоки, большие - для больших.

 

Таблица 4.2 - Значения коэффициента среды

 

Условия окружающей (нагреваемой) среды	kс
Проволочная спираль в воздушном потоке	1,1-1,5
Нагревательные элементы, погруженные в воду	2,5
Нагревательные элементы, омываемые потоком жидкости	3-3,5

 

По мощности ТЭНа и напряжению питания определяется рабочий ток:

где	Pн	-	мощность ТЭНа, Вт;
	UH	–	напряжение на ТЭНе, В.

По расчетной температуре спирали и величине тока ТЭНа находится соответствующий диаметр проволоки d_пр согласно таблицы 4.3

 

Таблица 4.3 - Нагрузка в амперах, соответствующая определенным температурам нагрева нихромовой проволоки, подвешенной горизонтально в спокойном воздухе при температуре 20⁰С.

Диаметр проволоки, мм	Сечение, мм2.	Допустимые нагрузки (Ампер) при расчётной температуре tрасч, 0С
	19,6
	12,6
	7,07	37,5	54,5
2,5	4,91	27,5		46,6	57,5	66,5	73,0
	3,14	19,6	28,7	33,8	39,5	47,0	51,0
1,8	2,54	16,9	24,9	29,0	33,1	39,0	43,2
1,6	2,01	14,4	21,0	24,5	28,0	32,9	36,0
1,5	1,77	13,2	19,2	22,4	25,7	30,0	33,0
1,4	1,54	12,0	17,4	20,0	23,3	27,0	30,0
1,3	1,33	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,2	1,13	9,8	14,0	15,8	48,7	21,6	24,3
1,1	0,95	8,7	12,4	13,9	16,5	19,1	21,5
1,0	0,785	7,7	10,8	12,1	14,3	16,8	19,2
0,9	0,636	6,7	9,35	10,45	12,3	14,5	16,5
0,8	0,503	5,7	8,15	9,15	10,8	12,3	14,0
0,75	0,442	5,3	7,55	8,4	9,95	11,25	12,85
0,7	0,385	4,8	6,95	7,8	9,1	10,3	11,8
0,65	0,332	4,4	6,3	7,15	8,25	9,3	10,75
0,6	0,282	4,0	5,7	6,5	7,5	8,5	9,7
0,55	0,238	3,55	5,1	5,8	6,75	7,6	8,7
0,5	0,195	3,15	4,5	5,2	5,9	6,75	7,7
0,45	0,159	2,75	3,9	4,45	5,2	5,85	6,75
0,4	0,126	2,34	3,3	3,85	4,4	5,0	5,7
0,35	0,096	1,95	2,76	3,3	3,75	4,15	4,75
0,3	0,085	1,63	2,27	2,7	3,05	3,4	3,85
0,25	0,049	1,33	1,83	2,15	2,4	2,7	3,1
0,2	0,0314	1,03	1,4	1,65	1,82	2,0	2,3
0,15	0,0177	0,74	0,99	1,15	1,28	1,4	1,62
0,1	0,00785	0,47	0,63	0,72	0,8	0,9	1,0

 

Требуемая длина проволоки нагревательного элемента ТЭНа определяется из формулы:

где	S	-	сечение провода, мм2;
		–	удельное сопротивление проводника в зависимости от температуры, Ом×м/мм2.

 

,

где	r20	-	удельное сопротивление нихрома при 20оС, 1,1 Ом ·мм2/м;
	a	–	температурный коэффициент сопротивления нихрома, равный 1,65·10-6 1/оС.

 

Средний диаметр витков спирали D_ср принимается равным:

 

D_ср =(8…10)d_пр.

 

Шаг витков:

h=(2…4)d_пр

 

Количество витков спирали:

,

Длина спирали:

L _c = mh.

Наружный диаметр трубки:

D_н =(2,5…3)D_ср.

Наружный диаметр трубки не должен превышать 16…18 мм. В противном случае необходимо уменьшить мощность ТЭНа.

Полная длина ТЭНа

L_полн = L_c +2L_п,

где

Lп

-

длина пассивной части трубки ТЭНа, может быть принята в зависимости от мощности ТЭНа от 0,02 до 0,1 м.

 

Тепловой расчет ТЭНов заключается в определении действительной температуры поверхности оребрения и удельной поверхностной мощности ТЭНа.

По эскизу калорифера с учетом расположения ТЭНов (шахматное или коридорное) необходимо определить живое сечение калорифера F_к (сечение в области расположения ТЭНов, через которое проходит подаваемый воздух): F_к =А·В – F_Т,

где	А и В	-	размеры воздуховода калорифера, рис. 4.1;
	FТ	–	площадь поперечного сечения всех ТЭНов в ряду.

Площадь поперечного сечения всех ТЭНов в ряду определяется произведением наружного диаметра трубки D_н на длину ТЭНа и число ТЭНов в ряду m.

F_Т = D_н·А·m.

 

При этом ширина воздуховода калорифера должна быть несколько больше полной длины ТЭНа.

Высота воздуховода калорифера В определяется количеством ТЭНов в ряду и диаметром оребрения D_ор ТЭНа. Диаметр оребрения D_ор ориентировочно может быть принят равным:

D_ор=(2…3)D_H.

Расстояние между центрами ТЭНов в ряду L_р принимают примерно равным (1,2…2) D_ор.

 

 

Рис. 4.1 Эскиз калорифера

 

 

Отсюда высота воздуховода

В = L_p·z_p,

где z_p – число ТЭНов в ряду.

Температура поверхности оребрения ТЭНа существенно зависит от от скорости обтекания ТЭНов воздухом . По известной производительности одного вентилятора скорость обтекания будет равна

.

 

Температура поверхности оребрения ТЭНа может быть определена из уравнения теплового баланса в установившемся режиме, когда тепловой поток выделяемый нагревательным сопротивлением, равняется тепловому потоку, снимаемому с его теплоотдающей поверхности:

 

где	tт	-	температура теплоотдающей поверхности ТЭНа, 0С;
	tв	–	температура воздуха, обдувающего ТЭН, 0С;
	a	–	коэффициент теплоотдачи от поверхности ТЭНа, Вт/(м2· оС);
	Fт	–	площадь теплоотдающей поверхности ТЭНа, м2.

 

Отсюда:

 

В расчетах температура воздуха, обдувающего ТЭН определяется как средняя между температурой на входе в электрокалорифер и на его выходе.

Коэффициент теплоотдачи a может быть определён по формуле:

,

где	Nu	-	критерий Нуссельта;
	l	–	коэффициент теплопроводности воздуха, l=0.027 Вт/м;
	b	–	шаг ребер.

 

Ориентировочно шаг ребер можно определить как:

.

Критерий Нуссельта равен

где	с,m	-	коэффициенты, соответственно равны 0,104 и 0,72 для коридорного расположения ТЭНов, 0,223 и 0,65 –для шахматного расположения;
	Rе		критерий Рейнольдса;
	hp	–	высота ребра, м.

 

Высота ребра определяется из выражения:

,

 

где диаметр оребрения:

D_ор = (3…4)D_H.

 

Критерий Рейнольдса определяет режим обтекания ТЭНов воздухом и равен:

,

где

n

–

коэффициент кинематической вязкости воздуха, .

 

Площадь теплоотдающей поверхности ТЭНа равна:

F_т=F_ор+ F_тр,

где	Fор	-	площадь поверхности оребрения, м2;
	Fтр	–	площадь наружной поверхности трубки, свободной от ребер, м2.

 

F_ор=f_в ^. m_p,

 

где	fB	-	площадь одного витка оребрения, м2;
	mp	–	число ребер.

 

Площадь оребрения будет равна:

.

Число ребер m_р определяется по формуле:

.

При определении общей площади теплоотдачи площадью F_тр можно пренебречь, т.к. она обычно составляет не более 3…5% от F_ор.

При уточненном расчете эту площадь необходимо учесть.

Удельная поверхностная мощность равна:

.

Предельно допустимое значение для ТЭНа, выполненного из стальной трубки, равно (5…6) Вт/см².