Расчет остывания воды в емкости – “График остывания воды t, мин t°Ct°C График получился нелинейным. Чем больше разность температуры воды и окружающей среды, тем скорость остывания воды выше.”. Скачать бесплатно и без регистрации.

Время охлаждения (нагрева) : Блог Александра Воробьева

Опубликовано 14 Июл 2018
Рубрика: Теплотехника | 7 комментариев

Нестационарный режим теплообмена – это режим, когда температура тел или сред, участвующих в  процессе обмена тепловой энергией изменяется во времени. При этом время охлаждения (нагрева) – это аргумент функции температуры тела. Зависимость температуры от времени…

…характеризуется скоростью теплового обмена, которая пропорциональна разности температур тела и окружающего пространства. В отличие от стационарного режима, при котором температуры всех точек системы остаются неизменными длительное время, нестационарный теплообмен возникает, например, при помещении тела в среду с более низкой или более высокой температурой. Если среда – это условно бесконечное пространство (например, атмосферный воздух или вода в «большой» ёмкости), то влияние тела на температуру среды ничтожно, поэтому охлаждение (нагрев) тела происходит при условно постоянной температуре окружающего газа или жидкости.

Заметим, что охлаждение тела сточки зрения математики – это нагрев со знаком «минус». И нагрев, и охлаждение описываются одними и теми же формулами!

О каких задачах может идти речь? Представим небольшой перечень вопросов, на которые можно попытаться ответить, используя предложенный далее расчет в Excel:

• Сколько времени будет нагреваться деталь в печи?
• Сколько времени остывает отливка после выбивки из формы?
• Сколько времени требуется для нагрева воды в бочке на даче?
• Через какое время перемерзнет наружный водопровод при отсутствии разбора?
• Сколько времени нужно на охлаждение банки пива в холодильнике?

Расчет в Excel времени охлаждения (нагрева).

Алгоритм расчета базируется на законе Ньютона-Рихмана и на теоретических и практических исследованиях регулярного теплового режима советскими учеными Г.М. Кондратьевым («Регулярный тепловой режим», Москва, 1954г.) и М.А. Михеевым («Основы теплопередачи», Москва, 1977 г.).

Для примера выбран расчет времени нагрева до +22 °C в комнате с температурой воздуха +24 °C пивной алюминиевой банки с водой, предварительно охлажденной до +13 °C.

Исходные данные:

Параметров, необходимых для выполнения расчета времени охлаждения (нагрева) – 12 (см. скриншот).

Ориентировочные сведения о значениях коэффициента теплоотдачи α приведены в примечании к ячейке D3.

Теплофизические характеристики материала тела λ, a, ρ, c легко можно найти в справочниках или по запросу в Интернете. В нашем примере – это параметры воды.

В принципе, для выполнения расчета достаточно знать значения любой из пар характеристик:  λ, a или ρ, c. Но для возможности выполнения проверки и минимизации вероятности ошибки рекомендую заполнить значениями все 4 ячейки.

Вводим значения исходных данных в соответствующие ячейки листа Excel и считываем результат: нагрев воды от +13 °C до +22 °C в спокойном воздухе комнаты с постоянной температурой +24 °C   будет длиться 3 часа 25 минут.

Для справки в самом конце таблицы вычислено время нагрева без учета формы тела – 3 часа 3 минуты.

Алгоритм расчета:

• 13.1. F=2·H·L+2·B·L+2·H·B – для параллелепипеда;
• 13.2. F=π·D·L+2·π·D²/4 – для цилиндра;
• 13.3. F
  =π·D² – для шара.
• 14.1. V=H·L·B – для параллелепипеда;
• 14.2. V=L·π·D²/4 – для цилиндра;
• 14.3. V=π·D³/6 – для шара.
• 15. G=ρ·V
• 16.1 K=((π/H)²+(π/L)² +(π/B)²)^-1 – для параллелепипеда;
• 16.2 K=((2,405/(D/2))²+(π/L)²)^-1 – для цилиндра;
• 16.3 K=((D/2)/π)² – для шара.
• 17. m_∞=a/K
• 18. Bi=α·K·F/(λ·V)
• 19. Ψ=(1+1,44
  ·Bi+Bi²)^-0,5
• 20. M=Ψ·Bi
• 21. m_αλ=M·m_∞
• 22. m_cρ=Ψ·α·F/(c·ρ·V)
• 23. Δ=ABS (1-m_αλ/m_cρ)·100
• 24. t=(LN (ABS (t_c-t₁)) -LN (ABS (t_c-t
  2))/m_αλ
• 25. t_N=(LN (ABS (t_c-t₁)) -LN (ABS (t_c-t₂)))·c·ρ·V/(α·F)

Проверка расчета опытом.

Как не трудно догадаться такой несколько странный пример выбран не случайно, а для возможности проведения простого опыта и последующего сравнения результатов. Были взяты термометр, часы и произведены замеры температуры воды в банке в процессе нагревания. Результаты расчетов и опыта отражены на графиках.

Результаты проведенного опыта показали, что нагрев банки с водой от +13 °C до +22 °C в комнате (+24 °C) продолжался примерно 3 часа 20 минут. Это на 5 минут меньше расчетного времени по Кондратьеву и на 17 минут дольше времени по классическому закону Ньютона-Рихмана.

Близость результатов и радует, и удивляет. Но не стоит переоценивать полученные итоги! Время охлаждения (нагрева), вычисленное по предложенной программе расчета в Excel, можно использовать лишь для приблизительных оценок продолжительности процессов! Дело в том, что принятые в расчете константами теплофизические характеристики тела и коэффициент теплоотдачи таковыми на самом деле не являются. Они зависят от изменяющейся температуры! К тому же регулярный режим теплообмена устанавливается не сразу после помещения тела в среду, а спустя какое-то время.

Обратите внимание, что полученные из опыта значения температур банки с водой в течение первого часа расположены выше теоретической расчетной кривой (см. графики). Это означает, что коэффициент теплоотдачи в этом периоде времени был больше выбранного нами значения α=8,3 Вт/(м²·К).

Определим среднее значение α в первые 58 минут из результатов опыта. Для этого:

• Запишем t₂=17,5 °C в ячейку D6.
• Активируем («встанем мышью») ячейку D28.
• Выполним: Сервис – Подбор параметра.
• И установим в D28 значение 58 минут, изменяя ячейку D3.

α=9,2 Вт/(м²·К)!!!

Проделав ту же процедуру для t₂=22,5 °C и t=240 мин, получим α=8,3 Вт/(м²·К).

Выбранное при теоретическом расчете значение α (по рекомендации СП 50.13330.2012 и формуле из Справочника по физике – см. примечание к ячейке D3) чудесным образом, хотя и совершенно случайно, совпало со значением α, вычисленным по опытным данным.

Рассмотренным способом можно определять реальные точные средние значения коэффициента теплоотдачи тел с любой формой поверхности по практическим замерам всего двух значений температуры тела и промежутка времени между этими замерами.

Остается добавить, что температура банки с водой после рассмотренных 4-х часов в последующее время будет асимптотически приближаться к 24 °C.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: vremya-ohlazhdeniya (xls 55,5KB).

P.S.

Так сколько часов составит время охлаждения алюминиевой банки с пивом 0,45 л от +20 °C до +8 °C в  холодильнике (+3°C)? По расчету в программе – 2,2…2,4 часа. Опытом не проверял… 🙂

P.P.S.

Любопытный (возможно, только для меня) факт обнаружился при работе над статьей. И у куба с размером ребер a, и у цилиндра с диаметром а и длиной а, и у шара с диаметром а отношение объема к площади поверхности одинаковое: V/F=a/6!!!

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

al-vo.ru

Расчет чиллера и его подбор. Здесь вы найдете решение этого вопроса

   Как правильно сделать расчет чиллера, на что в первую очередь надо полагаться чтобы, среди множества предложений, произвести качественный подбор чиллера?

   На этой странице мы дадим несколько рекомендаций, прислушавшись к которым вы приблизитесь к тому, чтобы сделать правильный выбор чиллера.

Расчет холодопроизводительности чиллера. Расчет мощности чиллера – его мощности охлаждения.

   В первую очередь по формуле расчет холодопроизводительности чиллера, в которой участвует объем охлаждаемой жидкости; изменение температуры жидкости, которое надо обеспечить охладителем; теплоемкость жидкости; ну и конечно время за которое этот объем жидкости надо охладить – определяется мощность охлаждения:

Формула охлаждения, т.е. формула вычисления необходимой холодопроизводительности:

Q = G*(Т1- Т2)*C_рж*pж / 3600

Q – холодопроизводительность, кВт/час

G – объёмный расход охлаждаемой жидкости, м³/час

Т2 – конечная температура охлаждаемой жидкости, ^оС

Т1 – начальная температура охлаждаемой жидкости, ^оС

C_рж -удельная теплоёмкость охлаждаемой жидкости, ^кДж/_{(кг* ^оС)}

pж – плотность охлаждаемой жидкости,  кг/м³

* Для воды C_рж*pж = 4,2

По данной формуле определяется необходимая мощность охлаждения и она является основной при выборе чиллера.

• Формулы пересчета размерностей чтобы рассчитать холодопроизводительность водоохладителя:

1 кВт = 860 кКал/час

1 кКал/час = 4,19 кДж

1 кВт = 3,4121 кБТУ/час

Подбор чиллера

   Для того, чтобы произвести подбор чиллера – очень важно выполнить правильное составление технического задания на расчет чиллера, в котором участвуют не только параметры самого водоохладителя, но и данные о его размещении и условии его совместной работы с потребителем. На основании выполненных вычислений можно – выбрать чиллер.

Не нужно забывать про то, в каком регионе Вы находитесь. Например, расчет для города Москва будет отличаться от расчета для города Мурманск так как максимальные температуры двух данных городов отличается.

   По таблицам параметров водоохлаждающих машин делаем первый выбор чиллера и знакомимся с его характеристиками. Далее, имея на руках основные характеристики выбранной машины, такие как: – холодопроизводительность чиллера, потребляемая им электрическая мощность, есть ли в его составе гидромодуль и его – подача и напор жидкости, объём проходящего через охладитель воздуха (который нагревается) в куб.метрах в секунду – Вы сможете проверить возможность установки охладителя воды на выделенной площадке. После того, как предполагаемый охладитель воды удовлетворит требованиям технического задания и вероятнее всего сможет работать на подготовленной для него площадке рекомендуем обратиться к специалистам, которые проверят Ваш выбор.

Выбор чиллера – особенности, которые надо предусмотреть при подборе чиллера.

   Основные требования к месту будущей установки охладителя воды и схемы его работы с потребителем:

• Если запланированное место в помещении, то – возможно ли в нем обеспечить большой обмен воздуха, возможно ли в это помещение внести охладитель воды, возможно ли в нем будет его обслуживать ?
• Если будущее размещение охладителя воды на улице – будет ли необходимость его работы в зимний период, возможно ли использование незамерзающих жидкостей, возможно ли обеспечить защиту охладителя воды от внешних воздействий (анти-вандальная, от листьев и веток деревьев, и т.д.) ?
• Если температура жидкости, до которой её надо охлаждать ниже +6 ^оС или она выше + 15 ^оС – чаще всего такой диапазон температур не входит в таблицы быстрого выбора. В этом случае рекомендуем обратиться к нашим специалистам.
• Следует определиться с расходом охлаждаемой воды и необходимым давлением, которое должен обеспечить гидромодуль охладителя воды – необходимое значение может отличаться от параметра выбранной машины.
• Если температуру жидкости необходимо понизить более чем на 5 градусов, то схема прямого охлаждения жидкости водоохладителем не применяется и необходим расчет и комплектация дополнительным оборудованием.
• Если охладитель будет использоваться круглосуточно и круглогодично, а конечная температура жидкости достаточно высока – на сколько целесообразно будет применение установки с фрикулингом?
• В случае применения незамерзающих жидкостей высоких концентраций требуется дополнительный расчет производительности испарителя водоохладителя.

Программа подбора чиллера

   К сведению: программа подбора чиллера даёт только приближённое понимание о необходимой модели охладителя и соответствия его техническому заданию. Далее необходима проверка расчетов специалистом. При этом Вы можете ориентироваться на полученную в результате расчетов стоимость +/- 30% (в случаях с низкотемпературными моделями охладителей жидкости – указанная цифра ещё больше). Оптимальная модель и стоимость будут определены только после проверки расчетов и сопоставления характеристик разных моделей и производителей нашим специалистом.

Подбор чиллера ОнЛайн

   Вы можете сделать обратившись к нашему онлайн консультанту, который быстро и технически обоснованно даст ответ на Ваш вопрос. Также консультант может выполнить исходя из кратко написанных параметров технического задания расчет чиллера онлайн и дать приблизительно подходящую по параметрам модель.

   Расчеты, произведённые не специалистом часто приводят к тому, что выбранный водоохладитель не соответствует в полной мере ожидаемым результатам.

   Компания Питер Холод специализируется на комплексных решениях по обеспечению промышленных предприятий оборудованием, которое полностью удовлетворяет требования технического задания на поставку системы водоохлаждения. Мы производим сбор информации для наполнения технического задания, расчет холодопроизводительности чиллера, определение оптимально подходящего охладителя воды, проверку с выдачей рекомендаций по его установке на выделенной площадке, расчет и комплектацию всех дополнительных элементов для работы машины в системе с потребителем (расчет бака аккумулятора, гидромодуля, дополнительных, при необходимости теплообменников, трубопроводов и запирающей и регулирующей арматуры).

   Накопив многолетний опыт расчетов и последующих внедрений систем охлаждения воды на различные предприятия мы обладаем знаниями, по решению любых стандартных и далеко не стандартных задач связанных с многочисленными особенностями установки на предприятие охладителей жидкости, объединения их с технологическими линиями, настройке специфических параметров работы оборудования.

   Самым оптимальный и точный расчет мощности чиллера и соответственно определение модели водоохладителя можно сделать очень быстро, позвонив или послав заявку инженеру нашей компании. 

Дополнительные формулы для расчета чиллера и определения схемы его подключения к потребителю холодной воды (расчет мощности чиллера) 

• Формула расчёта температуры, при смешении 2-х жидкостей (формула смешения жидкостей):

Т_смеш = (М1*С1*Т1+М2*С2*Т2) / (С1*M1+С2*М2)

Т_смеш – температура смешанной жидкости, ^оС

М1 – масса 1-ой жидкости, кг

C1 – удельная теплоёмкость 1-ой жидкости, кДж/(кг* ^оС)

Т1 – температура 1-ой жидкости, ^оС

М2 – масса 2-ой жидкости, кг

C2 – удельная теплоёмкость 2-ой жидкости, кДж/(кг* ^оС)

Т2 – температура 2-ой жидкости, ^оС

Данная формула используется, если применяется аккумулирующая емкость в системе охлаждения, нагрузка непостоянна по времени и температуре (чаще всего при расчете необходимой мощности охлаждения автоклав и реакторов)

Мощность охлаждения чиллера.

Москва ….. Воронеж ….. Белгород ….. Нижневартовск ….. Новороссийск ….. Екатеринбург ….. в Ростове-на-Дону ….. Смоленск ….. Киров ….. Ханты-Мансийск ….. Ростов-на-Дону ….. Пенза ….. Владимир ….. Астрахань ….. Брянск ….. Казань ….. Самара ….. Набережные Челны ….. Рязань ….. Нижний Тагил ….. Краснодар ….. Тольятти ….. Чебоксары ….. Волжский ….. Нижегородская область ….. Нижний Новгород ….. Ростов на Дону ….. Саратов ….. Сургут ….. Краснодарский край ….. в Ростове на Дону ….. Оренбург ….. Калуга ….. Ульяновск ….. Томск ….. Волгоград ….. Тверь ….. Марий Эл ….. Тюмень ….. Омск ….. Уфа ….. Сочи ….. Ярославль ….. Орел ….. Новгородская область …..

piterholod.ru

Остывание воды. Расчет количества теплоты при охлаждении и нагревании

Разделы: Физика

---

Цель урока: дать представление об измерениях, проводимых с помощью термометра, выявить особенности остывания воды, используя метод научного познания, закрепить умение решению задач на расчёт количества теплоты.

Задачи урока.

Образовательные:

знания: учащиеся должны из опыта сделать выводы о зависимости остывания воды от разности температуры воды и окружающей среды.

умения: провести самостоятельное исследование, оформить результаты исследования в виде графика, самостоятельное решение задач на расчёт количества теплоты

Развивающие: развитие речи, восприятия внешнего мира, способность наблюдать, выдвигать гипотезы, строить план эксперимента

Воспитательные: работа в парах, требования техники безопасности при проведении эксперимента.

Основная дидактическая цель	– формирование умений: наблюдать, анализировать, сравнивать, обобщать. - закрепление умения решения задач
Форма урока	– лабораторная работа – решение задач
Основное содержание	– лабораторная работа № 1 “Исследование изменения температуры остывающей воды со временем” – решение задач на расчёт количества теплоты (рабочая тетрадь к учебнику)
Оборудование	для лабораторной работы: калориметры – 10, термометры – 10, чайник с горячей водой, калориметр -1, железный стакан калориметра – 1, термометры – 2
ИКТ к уроку	– презентация

Раскрытие содержания этапов урока

I. Организационный

Какие явления мы изучаем? (Тепловые)

Запишите в тетради тему урока. “Остывание воды.

Расчёт количества теплоты при охлаждении и нагревании”.

На уроке вы познакомитесь с первой лабораторной работой по тепловым явлениям, и закрепим умения по решению задач на расчёт количества теплоты при охлаждении и нагревании.

II. Изучение нового материала

1. Актуализация знаний.

На экране слайды презентации урока.

Учитель

Ученик

1. Что характеризует физическая величина – температура? 2. Какая величина одинакова у тел в состоянии теплового равновесия? 3. Какую систему можно назвать теплоизолированной? 4. Назовите единицы измерения температуры. 5.В чём заключается процесс измерения температуры? 6. Какое явление лежит в принципе работы термометра? 7. Из приведённого ниже списка укажите прибор, не имеющий отношения к тепловым процессам 1. Термометр. 2. Спидометр. 3. Калориметр. 4. Термос 8. Стр. 287 учебника найдите сведения об устройстве калориметра 9. Объект, с которым мы будем работать- вода. Назовите причину широкого использования воды в системах отопления низкая теплопроводность высокая теплопроводность низкая удельная теплоемкость высокая удельная теплоемкость Назовите причину широкого использования воды в системах охлаждения низкая теплопроводность высокая теплопроводность низкая удельная теплоемкость высокая удельная теплоемкость Какая из физических величин измеряется в Дж/кг•°С? Теплоёмкость Удельная теплоёмкость Удельная теплота парообразования Удельная теплота плавления 10. Удельная теплоёмкость воды – 4200 Дж/кг•°С 11. При остывании горячей воды у её молекул 1) увеличилась кинетическая энергия 2) уменьшилась кинетическая энергия 3) увеличилась потенциальная энергия 4) уменьшилась потенциальная энергия Вода – удивительное вещество в природе. Имеет самую большую удельную теплоёмкость. Имеет плотность наибольшую при температуре + 4°С. На уроке мы исследуем особенности остывания воды.

Ответы с использованием Стр. 55-57 учебника                             Что такое калориметр? Стр. 287 учебника

2. Техника безопасности при проведении лабораторной работы.

Изучение правила измерения температуры лабораторным жидкостным термометром.

1. Термометр привести в соприкосновение с телом, температуру которого следует измерить. С термометром обращаться бережно. Не встряхивать!
2. Выждать, пока показания термометра перестанут изменяться, то есть температура термометра сравняется с температурой исследуемого тела.
3. Произвести отсчет по шкале термометра. Все это время контакт термометра с телом следует сохранять.
4. Убрать термометр в футляр. Если измерялась температура жидкости, то термометр нужно предварительно вытереть.

Инструктаж и запись в журнале.

3. Лабораторная работа № 1. “Исследование изменения температуры остывающей воды во времени”.

Записи в тетради для лабораторной работы.

Цели работы: установить зависимость изменения температуры от разности температур воды и окружающей среды

Оборудование: калориметр, термометр, горячая вода.

Выполнение.

1. Определяю цену делений шкалы термометра. Ц.д. =

Температура воздуха в комнате…

2. Произвожу измерение температуры воды через каждые 5минут. Измеренные значения заношу в таблицу.

Таблица 1. Результаты измерений

Время в мин	0	5	10	15	20
Температура воды в калориметре в °С

3. По данным таблицы построить график зависимости температуры остывающей воды от времени. Выбираю масштабы по осям: 1 клетка – 1 минута; 5 клеток – 10 градусов Цельсия.

График 1. Зависимость температуры остывающей воды от времени.

4. Анализ данных графика

Подсчитать скорость изменения температуры воды на этапах:

Этап 0-5 мин. Скорость остывания

Этап 5-10 мин. Скорость остывания

Этап 10-15 мин. Скорость остывания

Этап 15-20 мин. Скорость остывания

5. Выводы. Скорость изменения температуры воды уменьшается с течением времени.

Объясните, почему так происходит. Обсуждение объяснений учащихся.

III. Закрепление.

Олимпиадные задачи из рекомендации МИОО.

У Кати и Маши в чашках горячий кофе. Катя сразу добавила в него холодное молоко и подождала 5 минут, чтобы напиток остыл.

Маша подождала 5 минут и добавила холодное молоко.

Одинаковой ли температуры оказались напитки у девочек?

Масса и начальная температура напитков у девочек одинаковы. Чашки одинаковы, и находятся на одинаковом столе.

Ответ. У Маши в чашке оказался более холодный напиток. Теплообмен шёл интенсивнее, так как в течение 5 минут разность температур кофе и окружающего воздуха была больше, чем у Катиной кружки и воздуха

Задачи на закрепление.

1. Как рассчитать количество теплоты, отданное водой при охлаждении? При нагревании?
2. Рассчитайте, какое количество теплоты отдала вода массой 1,5 кг при остывании от 70°С до комнатной температуры? На сколько градусов нагрелся воздух в комнате, если бы всё количество теплоты, отданное водой пошло на его нагревание?
3. Работа с таблицей 2 стр. 64. Какая ложка – из алюминия или из меди нагреется больше при сообщении ложкам одинакового количества теплоты?
4. Задачи из рабочей тетради стр. 33 № 6 и № 7.

Рефлексия.

Задачи 10-11 из рабочей тетради.

Домашнее задание § 14 , упр. стр. 67 № 1-3, индивид.: Из сб. Кирик – высокий уровень.

Итоги урока. Оценки.

Поделиться страницей:

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

5. Расчет охлаждения воды в разводящих магистральных трубопроводах

Потеря тепла трубопроводами сказывается на теплоотдаче нагревательных приборов, поэтому определяем температуру воды, поступающей в стояк, рассчитав падение температуры воды в подающей магистрали.

Теплоотдача одного метра изолированных трубопроводов в техническом подполье и подвале здания (при коэффициенте эффективности изоляции 0,75) указывается в [4, табл. II.24 стр. 268], теплоотдача открыто проложенных трубопроводов указывается в [4, табл. II.22 стр. 264]

,0С

(7)

где

Qуч

– потери тепла разводящими магистральными трубопроводами на данном участке, Вт определяется по формуле:

ql, Вт

(8)

где	q	– теплоотдача 1 м изолированной трубы, определяется по 4, табл. 2.24 стр. 268;
	l	– длина участка трубы, м;
	Gуч	– расход теплоносителя на участке, кг/ч.

6. Выбор и расчет поверхности отопительных приборов

Расчет выполняется для одного П-образного стояка. В качестве подъемной части П-образного стояка принимаем ту, которая имеет меньшую тепловую нагрузку. Температура горячей воды на входе в стояк берется из таблицы, в которой произведен расчет охлаждения воды в разводящих магистральных трубопроводах.

Остывание воды в отопительном приборе:

,С

(9)

где	Qпр	– тепловая мощность отопительного прибора, Вт;
	Gст	– расход теплоносителя в стояке, кг/ч.

Температурный напор для этого прибора:

,С

(10)

где	tг	– температура горячей воды, С;
	tпр	– остывание воды в отопительном приборе, С;
	tв	– температура воздуха в помещении, С.

Схема питания прибора определяется по [4, табл. 9.10 , стр.66]

Теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб (стояка и подводок) определяется по формуле:

, Вт			(11)
где	qв,qг	– теплоотдача 1 м вертикальной и горизонтальной трубы, Вт при tг-tв=tср, определяется по [4, табл. II.22 стр. 264]
	lв,lг	– длина вертикальной и горизонтальной трубы в пределах помещения, м

Требуемая теплоотдача радиатора составляет:

, Вт

(12)

где	Qп	– тепловая мощность помещения, Вт;
	Qтр	– теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб, Вт;

Для приведения к стандартным условиям, необходимо определить значение комплексного коэффициента:

(13)

где	tср	– температурный напор отопительного прибора, С;
	Gпр	– расход воды в отопительном приборе, кг/ч;
	n, р, с	– коэффициенты, зависящие от типа отопительного прибора и направления движения теплоносителя, определяются по [4, табл. 9.2 стр. 44]
	b	– коэффициент учета расчетного атмосферного давления, определяется по [4, табл. 9.1 стр. 44]
		– поправочный коэффициент, учитывающий движение теплоносителя в приборе, при схеме движения сверху – вниз равен 1, при схеме движения снизу-вверх определяется по [4, табл. 9.11 стр. 67]

Требуемый номинальный тепловой поток прибора:

, Вт

(14)

Некоторые виды отопительных приборов выбираются по требуемому номинальному тепловому потоку.

Для определения количества секций отопительного прибора:

, секц.

(15)

где	Qн.у	– номинальный условный тепловой поток одной секции отопительного прибора, Вт
	3	– коэффициент учета числа секций, определяется по [4, стр.47]
	4	– коэффициент учета способа установки радиатора, при открытой установке 4 = 1, при других видах установки определяется по [4, табл. 9.12 стр.69]

Все полученные данные сводятся в таблицу

studfiles.net

Необходимая мощность для нагрева объема жидкости

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ, НЕОБХОДИМОЙ ДЛЯ НАГРЕВА ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

РАСЧЕТ ОНЛАЙН

—

Мощность, которая должна быть установлена для повышения температуры объема жидкости, содержащейся в резервуаре, в течение заданного времени, является результатом двух расчетов: расчет мощности для повышения температуры жидкости (Pch) и расчет теплопотерь (Pth)

—

Установленная мощность (кВт) = Мощности для повышения температуры жидкости (Pch) + Теплопотери (Pth)

—

—

1 / Расчет мощности, необходимой для повышения температуры объема жидкости :

—

— Тепловая мощность : Pch (кВт)

— Вес жидкости : M (кг)

— Удельная теплоемкость жидкости : Cp (ккал/кг×°C)

— Начальная температура : t1 (°C)

— Необходимая конечная температура : t2 (°C)

— Время нагрева : T (ч)

— 1,2 : Коэффициент запаса, связанный с нашими производственными допусками и изменениями в напряжении сети питания

—

Pch = (M × Cp × (t2 − t1) × 1,2) ÷ (860 × T)

—

 

—

—

a/ Расчет массы нагреваемой жидкости :

— Вес жидкости : M (кг)

— Объем жидкости, который необходимо нагреть : V (дм³ или литры)

— Плотность жидкости : ρ (кг/дм³)

—

                             M = V × ρ

—

ρ / Cp для некоторых жидкостей :

Вода : 1 / 1

Минеральное масло : 0,9 / 0,5

Битум : 1,1 / 0,58

Уксусная кислота : 1,1 / 0,51

Соляная кислота : 1,2 / 0,6

Азотная кислота : 1,5 / 0,66

—

b/ Расчет объема жидкости :

В цилиндрическом резервуаре :

— Объем резервуара : V (дм³)

— Диаметр резервуара : ∅ (дм)

— Высота столба жидкости : h2 (дм)

 

 

—

V = π × (∅² ÷ 4)  × h2

В прямоугольном резервуаре :

— Объем резервуара : V (дм³)

— Длина резервуара : L (дм)

— Ширина резервуара : W (дм)

— Высота столба жидкости : h2 (дм)

 

—

V = L × W × h2

 

 

 

2/ Расчет мощности, необходимой для компенсации потерь тепла :

 

— Теплопотеря : Pth (кВт)

— Площадь поверхности теплообмена резервуара : S (м²)

— Требуемая конечная температура : t2 (°C)

— Температура окружающей среды : ta (°C)

— Коэффициент теплообмена : K (ккал/час × м² × °C)

— 1,2 : Коэффициент запаса, связанный с нашими производственными допусками и изменениями в напряжении сети питания

 

Pth = (S × (t2 — ta) × K × 1,2) ÷ 860

 

Коэффициент обмена K как функция скорости ветра и толщины изоляции :

—

—

a/ Расчет площади поверхности теплообмена резервуара : S (м²)

Площадь поверхности цилиндрического резервуара :

— Площадь поверхности резервуара : S (м²)

— Диаметр резервуара : ∅ (м)

— Высота резервуара : h3 (м)

 

—

S = (π × (∅² ÷ 4))  + (π × ∅ × h3)

 

Площадь поверхности прямоугольного резервуара :

— Площадь поверхности резервуара : S (м²)

— Длина резервуара : L (м)

— Ширина резервуара : W (м)

— Высота столба жидкости : h3 (м)

—

S = ((L + W ) × h3 × 2) + (L × W)

 

 

—

www.vulcanic.com

Расчет системы охлаждения.

Вычисления по диаграмме Молье

Диаграмма Молье в графическом виде отражает все переменные величины, участвующие в расчете системы охлаждения.

Температура воздуха на выходе = T cyx. терм- к. п.д. * (T сух. терм. — T влажн. терм)/100

Приведенный ниже пример будет очень полезен для понимания того, какую информацию может предоставить диаграмма Молье.

Предположим, что мы измеряем температуру по сухому и влажному термометрам при помощи психрометра:

Тсух = 36 °C

Tвлажн = 22.2 °C.

Исходя из этих значений, мы можем определить на диаграмме Молье точку А и получить следующие данные:

• Относительная влажность φ = 30%
• Абсолютная влажность x = 0,011 кг пара на 1 кг воздуха
• Энтальпия паровоздушной смеси = 65,26 кдж/кг

Теперь предположим, что к.п. д. охлаждения испарительного охладителя составляет 82%.

К. п. д. охлаждения η = (T_D1-T_D2)/(T_D1-T_W1)*100 (1)

где:

T_D1 = температура по сухому термометру на входе
T_W = температура по влажному термометру на выходе
T_D2 = температура по сухому термометру на выходе

Вычисление температуры воздуха на выходе

Из соотношения (1) мы можем вычислить температуру воздуха на выходе испарительного охладителя ESAC, как:

T_D2 = T_D1-η*(T_D1-T_W1)/100=36-82*(36-22/2)/100 (2)

В результате получаем 24.7 °C.

Поскольку процесс является изоэнтальпическим, то на диаграмме Молье мы можем определить точку B. Точка B представляет состояние воздуха на выходе охладителя. Соответственно, получаем следующие параметры воздуха на выходе охладителя:

• Относительная влажность φ = 82,5 %
• Абсолютная влажность x = 0,016 кг пара на 1 кг воздуха
• Энтальпия паровоздушной смеси = 65,26 кдж/кг

Таблица температуры воздуха на выходе испарительного охладителя ESAC

	ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
Температура наружного воздуха	20%	25%	30%	35%	40%	45%	50%	55%	60%
30 °C	18.4 °C	19.3 °C	19.9 °C	20.8 °C	21.8 °C	22.5 °C	23.4 °C	24.2 °C	24.9 °C
35 °C	21.8 °C	22.4 °C	23.7 °C	24.8 °C	25.8°C	26.8 °C	27.8 °C	28.5 °C	29.5 °C
40 °C	25.4 °C	26.1 °C	27.4 °C	28.7 °C	29.8°C	31.0 °C	32.0 °C	32.9 °C	33.9 °C

Расход воды

Разность между значениями относительной влажности воздуха на выходе и на входе охладителя позволяет вычислить количество воды, израсходованной на охлаждение 1 кг воздуха. Исходя из плотности воздуха ρ = 1,2 кг/м³, производим вычисления:

Q = ρ * (x₂ – x₁)* 1000 = 1.2*(0.01624-0.01133) * 1000

где Q это количество воды, израсходованной на охлаждение 1000 м³ воздуха, а x₁ и x₂ – значения абсолютной влажности на входе и выходе охладителя. Следовательно, расход воды составляет 5.89 кг/ч (л/ч) на 1000 м³/ч охлаждаемого воздуха при данных параметрах воздуха на входе и выходе охладителя.

Таблица расхода воды охладителем ESAC на 1000 м³воздуха

	ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
Температура наружного воздуха	30%	40%	50%
30 °C	5.0 л/ч	4.1л/ч	3.3 л/ч
35 °C	5.6 л/ч	4.6 л/ч	3.7 л/ч
40 °C	6.1 л/ч	5.0 л/ч	3.9 л/ч

Расчет теплопередачи между воздухом и водой

Поскольку процесс протекает при постоянной энтальпии, общее энергосодержание паровоздушной смеси не изменяется: как видно из диаграммы Молье, энтальпия точек A и B одинаковая, но часть энергосодержания воздуха передается воде.
Если бы содержание пара в воздухе на выходе испарителя было таким же, как на входе, состояние воздуха на выходе было бы представлено на диаграмме Молье точкой С. Разность энтальпий точек B и C равно количеству тепла, отнятого у сухого воздуха для испарения воды. В нашем случае разность составляет 65,26-53,62=11,64 кдж/кг воздуха.

Расчет холодопроизводительности испарительного охладителя

При помощи диаграммы Молье мы вычислили количество тепла, поглощенного в расчете на 1 кг охлажденного воздуха. Исходя из производительности испарительного охладителя по воздуху, мы можем оценить величину тепловой энергии, отнятой у воздуха в помещении, то есть холодопроизводительность испарительного охладителя. 

Пример. Производительность испарительного охладителя FCX 22 T или FCX 22 B по воздуху составляет 22 000 м³/ч. По диаграмме Молье определяем величину энтальпии, отобранной у воздуха – 11.64 кдж/кг. Чтобы вычислить тепловую энергию, отобранную из 1 м³ воздуха, умножим эту величину на удельную плотность воздуха

(1,2 кг/м³):

11.64 кдж/кг х 1.2 кг/м3 = 13.97 кдж/м³

Теперь мы можем оценить холодопроизводительность FCX 22:

P = 13.97 кдж/м³х 22000 м³/ч /3600~85 кВт

Это значение соответствует состоянию воздуха при заданных значениях температуры, влажности и давления воздуха. При изменении условий наружного воздуха изменяется и холодопро изводительность.

Холодопроизводительность может быть выражена также как:

P = ρ *V *c_p*(Tin – Tout), где

ρ : удельная плотность воздуха (кг/м³)
V: расход воздуха (м³/ч)
c_p : удельная теплоемкость воздуха (ккал/кг/°С)
Tin : температура воздуха на входе (°C)
Tout : температура воздуха на выходе (°C)

P=1.2 * 22000/ 3600* (36-24.7)~83.5 кВт

Эти два подхода показывают схожие , в пределах ошибок, результаты расчетов.

www.humy.ru

Расчет системы водяного охлаждения.

Целью охлаждения деталей двигателя является поддержание в них допустимого уровня температуры, определяемой жаропрочностью используемых материалов, термостабильностью смазочных масел, оптимальными условиями протекания рабочего процесса и надежностью работы основных узлов и деталей. Охлаждающая жидкость – пресная вода и забортная вода, масло (для поршней), дизельное топливо (для распылителей форсунок).

В проектируемом дизеле применена двухконтурная система охлаждения. Пресная вода циркулирует в замкнутом первом контуре, охлаждая дизель и охлаждаясь в водяном холодильнике забортной водой по проточной системе (второй контур). Система состоит из центробежного реверсивного насоса внутреннего контура, такого же насоса внешнего контура, водяного охладителя трубчатого типа и расширительного бака, служащего для компенсации расширения воды и удаления пара и воздуха из системы охлаждения.

Основные параметры системы охлаждения:
Доля тепла отводимого водой, %			16,5796
Тепло отводимое водой, кВт			260,3055
Циркулирующий поток внутреннего контура, кг/с			6,216993
Мощность насоса внутреннего контура, кВт:
Центробежного			2,238118
Кольцевого самовсасывающего			8,206431
Вихревого			3,792366
Поршневого			1,896183
Расход забортной воды, кг/с			6,696823
Площадь поверхности ОВ, кв.м			5,538415

Объем воды в замкнутой системе охлаждения дизеля.

Объем воды внутреннего контура системы охлаждения проектируемого дизеля принимаем как у дизеля прототипа, т.е. вместимость замкнутой системы охлаждения равна 500 л.

Надежная работа системы охлаждения будет обеспечена, когда насос забортной воды является самовсасывающим, причем он должен находится на судне ниже ватерлинии.

Для более быстрого разогрева двигателя при пуске из холодного состояния циркуляционная вода должна миновать ОВ, с этой целью в системе устанавливается терморегулятор.

Регулятор температуры у проектируемого двигателя аналогичен терморегулятору двигателя – прототипа (РТПД-80). Регулятор устанавливается на корпусе водяного холодильника дизеля, а термобаллон (датчик) – в трубе на выходе воды из выпускного коллектора замкнутой системы охлаждения. При температуре охлаждающей воды ниже 60-70 ⁰С вся она из дизеля направляется регулятором в обход холодильника. При повышении температуры воды сверхустановленного для данного дизеля предела вся она пойдет через холодильник.

Описание работы системы охлаждения.

Последовательность работы потока охлаждающей воды внутреннего контура следующая: вода от насоса внутреннего контура подается на охлаждение дизеля в зарубашечное пространство блока цилиндров, откуда она перетекает в полости крышек цилиндров.

Параллельно этому потоку от насоса подается на охлаждение турбокомпрессора ТК с охладителем. Отходящая от крышек цилиндров и турбокомпрессора вода, собирается в общую трубу и подводится к терморегулятору, от которого часть ее направляется в холодильник ОВ и снова к циркуляционному насосу НЦ1. Общая температура воды регулируется путем перепуска терморегулятором ТР необходимого количества ее мимо холодильника.

Пополнение водой осуществляется из расширительного бака БР.

Забортная вода поступает от днищевого кингстона через фильтр и невозвратный клапан, прокачивается насосом НЦ2, через охладитель воздуха ОНВ, масляные холодильники ОМ, а затем через водяной холодильник ОВ и за борт.

Температура воды в системе контролируется ртутными термометрами РТ. Кроме того на щитке приборов установлены дистанционные термометры и манометр. На сигнализационном пульте размещены сигнальная лампа и звуковой сигнал. При необходимости система может быть заполнена горячей водой от судовой котельной установки. Для этой цели имеется присоединительный фланец.

studfiles.net