Дипломная работа: Модернизация системы электроснабжения цеха по производству хлебобулочных изделий ООО "Пальмира"

3. Тепловые расчеты

3.1 Определение теплопотерь через ограждения цеха по производству хлебобулочных изделий

3.1.1 Определение теплопотерь через наружные стены

В данной работе при определении тепловых потерь через наружные стены рассматриваем участок цеха по производству хлебобулочных изделий. Здание цеха является одноэтажным. Расчетную температуру наружного воздуха принимаем равной tнар=-220С; расчетную температуру воздуха внутри помещения принимаем равной tвн=250С.

Боковые наружные стены помещения изготовлены из кирпича на тяжелом растворе; с внутренней стороны стены покрыты известковой штукатуркой, с внешней – цементной штукатуркой.

dнар=0,025 м lнар=1,16 Вт/(м0С)

dк=0,64 м lк=0,81 Вт/(м0С)

dвн=0,015 м lвн=0,7 Вт/(м0С)

Степень черноты наружной поверхности e=0,9.

Высота здания h=7 м. Скорость ветра W=15 м/с.

Термическое сопротивление многослойной стенки

 (3.1)

Термическое сопротивление у внутренней поверхности стенки

Принимаем температуру внутренней поверхности стенки tвн.ст=7,416 0С

При внутренней температуре имеем следующие физические свойства воздуха: tвн=250С – Число Прандтля Pr=0,7036.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха n=14,79∙10-6 м2/0С.

Коэффициент теплопроводности воздуха l=2,566∙10-2 Вт/(м0С).

Критерий Грасгофа:

, (3.2)

где bв-коэффициент объемного расширения воздуха

bв=1/(273+tвн)

Dt – перепад температур Dt=tвн – tвн.ст

,

l=h – высота здания

Произведение критерия Грансгофа на число Прандтля равно:

При (Gr∙Pr)>109 имеем турбулентный режим.

Определим конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркуляции воздуха

, (3.3)

,

где h – высота здания.

Термическое сопротивление на внутренней поверхности стенки

, (3.4)

Термическое сопротивление на наружной поверхности здания

Коэффициент теплоотдачи

aнар=aк.нар+aл, (3.5)

где aк.нар – конвективный коэффициент теплоотдачи

aл – коэффициент теплоотдачи излучением

Пусть температура наружной поверхности стены tнар.ст= – 21.164 0С

aк=f(Re)

Критерий Рейнольдса:

Re = (W∙L)/n, (3.6)

где W – скорость ветра, W=15 м/с;

L – высота здания, L=7 м.

Физические свойства воздуха при tнар= – 220С:

коэффициент кинематической вязкости воздуха n=11,704∙10-6 м2/с;

коэффициент теплопроводности воздуха l=2,264∙10-2 Вт/(м2∙С).

Число Прандтля Pr=0,7174

, (3.7)

, (3.8)

, (3.9)

При Re > 5∙105 критерий Нуссельта можно определить по формуле:

где С=5,7 Вт/(м2К4) – коэффициент излучения абсолютно – черного тела

e=0,9 – степень черноты стены.

Проверка температуры наружной и внутренней поверхности стенки

R=Rвн+R+Rнар

R=0,28+0,8331+0,024=1,138 (м2∙С)/Вт       

Температура наружной поверхности стенки

tнар.п=tнар+((tвн-tнар)∙Rнар)/R

tнар.п=-22+((25+22)∙0,024)/1,138=-21,1770С

Dt – расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,50С, следовательно дальнейших приближений делать не надо.

tвн.п=tвн – ((tвн – tнар)∙Rвн)/R

tвн.п=25 – ((25+22)∙0,28)/1,138=7,4040С       

Dt – расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5 0С, следовательно дальнейшие приближения делать не надо.

Общие теплопотери для цеха

Q=(F∙Dt)/R

где F – поверхность боковых стен цеха, соприкасающихся с наружным окружающим воздухом; F=519,345 м2

Dt – перепад температур; Dt=25 – (–22)=47 0С

R – общее термическое сопротивление; R=1,138 (м2∙С)/Вт

Q=(519,345∙47)/1,138=17798,29 Вт

Общие теплопотери через стены цеха составляют Qст=17798 кВт

3.2 Расчет теплопотерь через окна

3.2.1 Термическое сопротивление воздушной прослойки

В данном случае мы имеем дело с трехслойной плоской стенкой. Два слоя стекла имеют толщину 1,5 мм. Ввиду весьма малой толщины стекол их термическим сопротивлением пренебрегаем, а учитываем только воздушную прослойку, толщина которой d=0,08 м. Ради облегчения расчета сложный процесс конвективного теплообмена в воздушной прослойке заменяется на элементарное явление теплопроводности, вводя при этом понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности lэкв.

Если разделить lэкв на коэффициент теплопроводности воздуха l, то получим безразмерную величину e=lэкв/l, которая характеризует собой влияние конвекции и называется коэффициентом конвекции.

e=f (Gr∙Pr)

Критерий Грасгофа

где bв-коэффициент объемного расширения воздуха

bв=1/(273+tср)

Dt – перепад температур Dt=tвн.п – tнар.п

d=0,08 м – толщина воздушной прослойки

g=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения

Допустим, что температура наружной поверхности окна tнар.п= – 20,938 0С, а температура внутренней поверхности окна tвн.п=4,115 0С, тогда средняя температура воздушной прослойки.

tср=0,5 (tнар.п+ tвн.п)=0,5 (–20,938+4,115)= – 8,4115 0С

При этой температуре физические свойства воздуха:

коэффициент теплопроводности воздуха l=2,373∙10-2 Вт/(м0∙С)

коэффициент кинематической вязкости воздуха n=12,57∙10-6 м2/с

Число Прандтля Pr=0,7112

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно:

При (Gr∙Pr)>103

, (3.10)

Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

lэкв=6,89∙2,373∙10-2=0,163 Вт/(м0∙С)

Термическое сопротивление воздушной прослойки

Rпр=d/lэкв

Rпр=0,08/0,163=0,49 (м2∙0С)/Вт

3.2.2 Термическое сопротивление у внутренней поверхности окна

Внутри здания всегда наблюдается естественная циркуляция воздуха. Известно, что конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркуляции воздуха:

aк.вн=f (Gr∙Pr)

Найдем эти критерии при температуре воздуха в помещении tвн=250С и высоте окна l=3 м.

Критерий Грасгофа

где bв-коэффициент объемного расширения воздуха

bв=1/(273+tвн)

Dt – перепад температур Dt=tвн – tвн.п

l=3 м – высота окна

При температуре tвн=250С коэффициент кинематической вязкости воздуха

n=14,79∙10-6 м2/с

Ускорение силы тяжести g=9,81 м/с2

Критерий Прандтля при tвн=250С равен Pr=0,7036

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно:

При (Gr∙Pr)>109 имеем турбулентный режим

Определим конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной

, (3.11)

где l – высота окна.

Коэффициент теплопроводности воздуха при tвн=250С l=2,566∙10-2 Вт/(м2∙0С)

Термическое сопротивление на внутренней поверхности стенки

3.2.2 Термическое сопротивление на наружной поверхности здания

Коэффициент теплоотдачи

aнар=aк.нар+aл

где aк.нар – конвективный коэффициент теплоотдачи

aл – коэффициент теплоотдачи излучением

Пусть температура наружной поверхности стены tнар.ст= – 20.938 0С

aк=f(Re)

Критерий Рейнольдса:

Re =(W∙L)/n

где W – скорость ветра, W=15 м/с

L – высота окна, L=3 м

Физические свойства воздуха при tнар= – 220С:

коэффициент кинематической вязкости воздуха n=11,704∙10-6 м2/с

коэффициент теплопроводности воздуха l=2,264∙10-2 Вт/(м2∙С)

Число Прандтля Pr=0,7174

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12