Методика визначення коефіцієнта корисної дії теплообмінника (калорифера) сушильної камери Текст научной статьи по специальности «Математика»

3. Владзиевский А.П. Автоматические линии в машиностроении. Книга первая. - М.: Машгиз, 1958. - 431 с.

4. Волчкевич Л.И., Ковалев М.П., Кузнецов М.М. Комплексная автоматизация производства. - М.: Машиностроение, 1983. - 269 с.

5. Дудюк Д.Л., Загвойська Л.Д. Оцшка накладання втрат робочого часу в послщовних системах методом вiртуальних пар// Науковi пращ: Зб. праць Лшвничо'' АН Укра'ни. - 2004, вип. 3. - С. 110-113.

6. Дудюк Д.Л., Загвойська Л.Д. Вiртуальнi пари - реальне накладання втрат робочого часу// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.4. - С. 133-139.

7. Елементи теори автоматичних лшй/ Д.Л. Дудюк, Л.Д. Загвойська, В.М. Максимiв, Сорока Л.Я. - Киiв-Львiв: 1ЗМН. - 1998. - 192 с.

8. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. - М.: Машиностроение. - 1973. - 640 с.

9. Gershwin S.B. Manufacturing systems engineering - Prentice Hall, 1994. - 501 р.

10. Williams D.I. Manufacturing systems: an introduction to the technologies. - Open University Press Milton Keynes, England. 1988. - 208 р._

УДК 674.047 Проф. П.В. БЫей, д-р техн. наук;

1НЖ. Ю.Л. Безноско, доц. В.М. Павлюст, канд.

техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв

МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФЩ1СНТА КОРИСНО1 Д11 ТЕПЛООБМ1ННИКА (КАЛОРИФЕРА) СУШИЛЬНО1 КАМЕРИ

На основi рiвняння теплопередачi для елемента площi поверхш теплообмiну i рiвняння теплового балансу визначена ефектившсть роботи (коефщент корисно'' дп) теплообмшника.

Prof. P.V. Bilej, eng. Yu.L. Beznosko-NUFWTof Ukraine, L'viv

Method of determination of output-input ratio of heat exchanger (heater)

of drying chamber

On the basis of equalization of heat transfer for the element of area of surface of heat exchange and equalization of thermal balance certain efficiency of work (output-input ratio) of heat exchanger.

Проблема максимального використання теплово'' енергп в сушильних камерах охоплюе багато аспеклв: вид теплоноЫя; конструкщя, стан та розмь щення теплообмшника (калорифера) в сушильнш камерц швидюсть омиван-ня калорифера та фiзичнi характеристики агента сушшня; стан та конструкщя загороджень сушильно'' камери.

Теплова потужшсть калорифера також е величиною багатофакторною. Вона залежить вщ кшькосл (мюткосп) матерiалу завантаженого в сушильну камеру, породи деревини, розмiрiв поперечного перерiзу i довжини пилома-терiалiв, вологостi деревини, перiоду процесу сушшня, тепло- i гiдроiзоляцii, загороджень сушильно'' камери, виду теплоносiя (повггря, топковi гази, водя-на пара, вода), конструкцп калорифера (чавуннi ребрист труби, гладкi труби, ребристi сталевi труби, ребристi сталевi труби зiбранi компактно пластинчас-тi калорифери, ребрист труби i бiметалевi ребристi труби), швидкост руху повiтря через калорифер, фiзичних властивостей циркулюючого повiтря.

У процес проектування теплообмiнникiв виконують конструкторсь-кий тепловий розрахунок, метою якого е визначення площд поверхнi обрано''

Науковий вкник, 2006, вип. 16.7

конструкцп теплообмiнника, яка б забезпечила передачу задано! кшькосл теплоти вiд вщомого (за параметрами) теплоносiя до застосованого (з вщоми-ми теплофiзичними характеристиками) агента сушшня (середовища). Основ-ним розрахунковим рiвнянням е рiвняння теплопередачi для елемента площi поверхнi теплообмшу - dF

dQ = к (гТ - С) dF, (1)

i рiвняння теплового балансу

8Q = Mтdhт = Mcdhc + dQвmр, (2)

де: dQ - кшьюсть теплоти яка передаеться калорифером або теплова потужнють калорифера, кВт; к - коефщент теплопередачi калорифера, Вт/м К; ^, 1С - вщ-повiдно, температура теплоношя i середовища, К; Мг, МС - вдаовщно, масовi витрати теплоносiя i середовища, кг/с; ЬТ, ЬС - вщповдао, ентальтя теплоносiя i середовища, кДж/кг; dQвmр - втрати теплоти через огородження, Вт.

У ходi передачi теплоти 8Q через площу поверхнi ёБ температура теплоносiя зменшиться на величину

dtT _ —, (3)

а температура середовища зросте на величину

dtc , (4)

Cc

де cT, cc - вiдповiдно теплоемност теплоносiя i середовища, кДж/кг К.

При цьому, сТ _ Q / (t'T - tT), а сС _ Q / (t"c - t'c) для одного кшограма

маси. Тут одним штрихом позначено початковi температури, а двома штрихами - кiнцевi температури.

Розв'язуючи разом рiвняння (1.. .4), отримаемо

d (tf - tc) _[(tf - tf)-( tC-t'c )]• k • dF

tf - tc Q '

Якщо вважати, що коефiцiент теплопередачi е постiйним (k = const) для вше! поверхш то iнтегруючи (2.40) в зазначених границях

Т^) _ ^ - T)-(c - tc)] ^, (6)

tT - tc 0 Q

отримаемо:

tT -t'c

ln

tT-1c

_[(tT - tc)-(tT-tc )]• k • F Q

tT - tc

[(tT - tc)-(tT - tc )]• k • F

Q

ln Г tT - tc 1

[ tT - tc ]

(7)

(8)

3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств

95

де: ^ - % = Лtтах - максимальна рiзниця температур для теплообмшника; Iт - С = Л^п - мiнiмальна рiзниця температур для теплообмiнника.

Якщо у формулi (1) прийняти середню рiзницю температур, то 11 мож-на записати так

ЛГ = к°-. (9)

к • —

I тодi на пiдставi (8) та (9) отримаемо формулу, яка використовуеться для розрахунку теплообмшника

Л^ = (Лtmax — Лtmin ) • &ЛТ (10)

1п Лtmax| Лtmin

де блт - поправка на змшу середньо! температури.

Згадана вище (формула 10) поправка блт враховуе змiну середньо! рiз-ницi температур для рiзних видiв пiдключення теплообмiнника: коли теплоно-сiй i агент обробки рухаються в одному напрямку (прямотечiя); коли теплоно-сiй i агент обробки рухаються в протилежних напрямках (протитечiя); коли агент обробки рухаеться перпендикулярно до руху теплоноЫя (перехресна те-чiя) та iнших змшаних видах. Значення поправки, а також методика розрахунку теплообмшних апаратв наводиться в рiзних лiтературних джерелах.

Ефектившсть роботи теплообмiнника (калорифера) або його коефь цiент корисно! дй визначаеться за виразом

ст (Гт - = сс (£ - £) = (11)

с (т - С) с ■ ( - С) О ' де сmin _ менша з величин теплоемносп теплоносiя та агента обробки, тобто з ст та сс •

Ефективнiсть теплообмiнника (калорифера) - п визначае вiдношення мiж фактично переданою кiлькiстю теплоти

О = ст(Ит- $) = сс(Гс - Гс), (12)

та максимально можливою кшьюстю теплоти (О^), яку можна отримати в про-титечiйному теплообмiннику з безмежно великою площею поверхнi теплообмiну

• коли Сс < ст , Qmax = сс (^ - ^ ) , (13)

• коли СТ < сс , Qmax = ст (^ - ^ ) . (14)

Якщо задат величини параметрiв ^, ^, сс, ст, то величина (п) повтс-тю визначае умови теплообмшу мiж теплоносiем та агентом обробки. Нап-риклад, якщо ст = cmin, то величину п = (^ - ^) / (^ - ^) можна назвати як термiчний коефщент корисно! дй процесу, а якщо сС = cmin, то величина П = (^С - ) / (^ - ) характеризуе термiчний коефщент корисно! дй процесу на^вання агента обробки теплообмiнником• Провiвши вiдповiднi розра-хунки знайдемо загальну iнтегруючу залежнiсть термiчного коефiцiента ко-рисно! дй теплообмiнника вiд величини (к—) та вщношення св = сС / сТ, яку представлено формулою

Науковий ¡¡¡сник, 2006, вип. 16.7

Пк = 0,439 •

'k • ^ °'34

( с Л

^с

V cT У

0,18

(15)

V CC у

де r¡K - термiчний коефщент корисно! ди (к.к.д.) теплообмiнника.

Для шженерних po3paxyHKÍB доцiльно залежнiсть (15) представити графiчно, для чого на bící ординат вiдкладемо значення (r¡K), а по bící абсцис вираз kF/cC . Враховуючи те, що теплоемшсть середовища (сС) як якiсне ви-користовуеться вологе повiтря для якого сС = спов = 1,0 кДж /м К, то вираз (kF/сс ) спроститься до виразу (kF).

vc л0'18

Пк = 43,9 •(kF)0

\0,34

CC

V CT у

100

п„,%

60-

40-

■"15С/СТ=0,25

■^Сс/Ст=0,5 -^б^Ст-1,0

0 Í ' \ 5

Рис. 1. Залежшсть r¡K eid (kF) та

сс/ ст

пkF

З графiкiв (рис. 1) видно, що у випадку застосування як теплоноЫя рь дин з великою теплоемшстю, а агенлв обробки з малою теплоемнiстю, то термiчний к.к.д. теплообмiнника буде зростати. I якщо теплоемнiсть теплоно-шя зросте до безмежностi ст , то кiнцева температура агента обробки визначиться за формулою

t'c= tT-(tT - tC )• e-kF. (16)

Якщо використовувати теплоносш та тепло агент обробки з однако-вою теплоемнiстю, то неможливо досягти високих значень термiчного к.к.д. теплообмшника. Наприклад, водяна пара мае в 1,93 раза вишу теплоемшсть тж вологе повiтря, а нагргга вода майже в 4 рази мае вищу теплоемнiсть нiж вологе повггря. Цей факт говорить на користь застосування у виглядi тепло-носiя - гарячо! води, чим досягаеться висока ефектившсть теплового облад-нання сушильних камер.

3. Технолопя та устаткування деревообробних пiдприeмств

97