![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Определение потерь тепла в окружающую среду
Потери в окружающую среду при работе теплового оборудования в основном связаны с теплообменными процессами, происходящими между окружающей средой и внешним ограждением (корпусом) оборудования. Для определения потерь в окружающую среду при нестационарных и стационарных режимах можно воспользоваться следующей формулой:
где
Потери тепла в окружающую среду через отдельные элементы поверхности оборудования определяются по формуле: Qср = где F – площадь поверхности теплообмена (крышка, обечайка и т.д.), м2; a0 – коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2час оС; tп – средняя температура поверхности ограждения, оС; t0 – температура окружающей среды, оС; t – продолжительность периода тепловой обработки в часах.
В процессе отдачи тепла ограждением в окружающую среду имеет место теплоотдача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле: a0 = aк + aл, (2.22) где aк – коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м2час0С; aл – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, кДж/м2час0С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при вынужденном или свободном движении воздуха относительно теплоотдающей поверхности. Надо помнить, что при вынужденном движении коэффициент теплоотдачи определяется при помощи критерия Рейнольдса Re и Прандтля Pr. Первый из них характеризует динамику потока, второй – физические константы рабочего тела. Необходимо знать, что отдача тепла стенками аппарата в окружающую среду происходит при свободном движении воздуха, поэтому определяющими являются критерии Грасгофа Gr и Прандтля Pr. Первый характеризует интенсивность конвективных потоков, возникающих вследствие разностей плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ними и стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей поверхности. На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu, включающий значение коэффициента теплоотдачи конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие. Указанные критерии имеют следующий вид: Re = где ω – скорость движения конвективной среды, м/с; v – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с; l – определяющий геометрический размер, м; Определяющим геометрическим размером при этом выбирается наибольший линейный размер (обычно высота) или диаметр (для поверхностей круглой формы) ограждения. а – коэффициент температуропроводности воздуха, м2/с; g – ускорение силы тяжести, м/с2; l – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м оС; b – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/оС; b = aк – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2× оС; Dt – перепад температур между ограждением и воздухом
Физические параметры для сухого воздуха при Рв = 760мм.рт.ст.=1, 01× 105 Па приведены в прил. 1. При свободной конвекции в неограниченном пространстве критериальное уравнение имеет вид: Nu = c(Gr× Pr)n, (2.25) Величины с и n для отдельных областей изменения произведения (Gr× Pr) можно принять из таблицы 2.2. Таблица 2.2
Определяющей температурой является полусумма температур рабочего тела (воздуха) и стенки. Например, если средняя температура одностенной крышки пищеварочного котла к концу разогрева составляла 90 оС, а начальная температура ее была 20 оС, то средняя температура крышки в период разогрева будет равна:
а определяющая температура воздуха вблизи крышки:
В условиях стационарного режима работы оборудования за определяющую температуру принимают предельную (конечную) температуру нагрева соответствующей поверхности ограждения. За температуру отдельных поверхностей оборудования к концу разогрева и при стационарном режиме работы можно принять: а) для вертикальных поверхностей tк = 60 – 650С; б) для крышек варочного оборудования tк = 85 – 900С; в) для крышек жарочного оборудования tк = 160 – 180 0С. По величине определяющей температуры воздуха по таблице прил. 1 выбирают физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности а, коэффициент теплопроводности l, коэффициент кинематической вязкости v, затем находят произведение (Gr× Pr), с и n и численную величину критерия Nu По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией:
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием aл определяется по формуле Стефана-Больцмана: aл = где Е – степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов определяется по данным прил. 2. С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м2× К4); С0 = 5, 67 Вт/(м2× К4); tп – средняя температура теплоотдающей поверхности, оС; t0 – температура окружающего поверхность воздуха, оС; Тп – абсолютная температура поверхности ограждения, К Тп = tп +273; Т0 – абсолютная температура окружающей среды, К Т0 = t0+ 273. Расчет потерь в окружающую среду при работе пекарных шкафов в стационарном режиме имеет некоторые особенности. Это связано с тем, что помимо теплообмена с ограждением происходят дополнительные потери на излучение и нагрев вентиляционного воздуха при открывании дверцы камеры шкафа во время загрузки и выгрузки продукции. Расчеты ведут на 1 кг продукции. Потери тепла в окружающую среду при стационарном режиме работы рабочей камеры следует определять из выражения:
В этом выражении: первое слагаемое – потери тепла в окружающую среду четырьмя вертикальными и одной верхней горизонтальной стенками шкафа. Второе слагаемое – потери тепла на нагрев вентиляционного воздуха. Третье слагаемое – потери тепла излучением через дверцу. При стационарном режиме потери тепла в окружающую среду через ограждения определяется:
где
Fi – площадь поверхности элемента ограждения, м2;
Потери тепла на нагрев вентиляционного воздуха Расход тепла на нагрев вентиляционного воздуха можно рассчитать, пользуясь приближенной формулой:
где vn – количество пара, образующегося при выпечке за счет испарения, влаги из выпекаемого изделия (упек), кг/кг; Д – количество пара, поступающего в пекарную камеру для увлажнения кг/кг. Так как увлажнение паром в жарочно-кондитерских шкафах не производится, то Д = 0; dn – влагосодержание воздуха (т.е. количество кг влаги, содержащейся в 1 кг сухого вентиляционного воздуха) при выходе из пекарной камеры, кг/кг. dо – влагосодержание воздуха, поступающего в пекарную камеру, кг/кг. Определяется для влажного воздуха и по заданным или принятым температуре воздуха и его относительной влажности. При температуре воздуха, поступающего в камеру равной 20 оС и его относительной влажности 70 % значение влагосодержания dо = 0, 01 кг/кг При температуре воздуха, выходящего из камеры, равной 180 оС и его относительной влажности 40 % величина влагосодержания будет dn = 0, 418 кг/кг св – средняя весовая удельная теплоемкость воздуха, равная 1, 005 кДж/кг оС; t2 – температура влажного воздуха на выходе из камеры, оС; t2 = 180-200 оС; tх – температура воздуха, поступающего в пекарную камеру, tх = 20-25 о.
Потери тепла излучением
где e – степень черноты излучающего отверстия, определяется по данным прил. 2; Со – коэффициент изучения абсолютно черного тела; Вт/ (м2.к4); F – площадь излучаемой поверхности, м2; F = a. в; а – горизонтальный размер дверцы камеры шкафа, м; в –высота дверцы камеры, м; g – угловой коэффициент излучения, можно принять g = 0, 76; j – количество камер, из технических характеристик оборудования; t – время, в течение которого отверстие (дверца шкафа) открыто, ч; Т2 – абсолютная температура среды камеры шкафа, К; То – абсолютная температура окружающего воздуха, К; М – производительность шкафа, кг/ч.
Часовая производительность шкафа M (кг/ч), зависит от емкости пода и продолжительности подооборота и может быть определена из следующего M=Е∙ n1∙ N, (2.32) где Е – емкость пода при одновременной его загрузке, кг или шт., с указанием массы одного изделия; n1 – число подов или полок; из технической характеристики N – количество подооборотов в течение одного часа.
За емкость пода принимается то количество килограммов или штук изделий, которое одновременно загружается на под, определяется из выражения: Ε =a∙ m∙ n, (2.33)
где a – число изделий, шт./лист; m – масса изделия, кг; n – число противней или листов на поду либо полке, шт., принимаются из технических характеристик оборудования.
Количество подооборотов в течение 1 часа определяется из соотношения: N=60/τ, (2.34) где τ – время подооборота, равное суммарному времени загрузки, тепловой обработки и выгрузки изделий, мин (см. прил. 5).
Значения числа изделий на листе a и время подооборота τ для выпечки кондитерских и хлебобулочных изделий приведены в приложении Е. Число изделий при запекании или жарке вторых мясных блюд и др. рассчитываются по формуле а = S× K× S – площадь листа, м2; S изд – площадь, занимаемая штучным полуфабрикатом, м2. Принимается равной в пределах 0, 1-0, 2м2, либо высчитывается с учетом геометрических размеров изделий. К – коэффициент использования площади пода (К = 0, 8).
При известных потерях тепла в окружающую среду Qср, кДж/ч, и часовой производительности камеры или шкафа М, кг/ч, потери тепла, отнесенные к 1 кг горячей продукции q, кДж/кг, можно определять по формуле:
При необходимости, зная qср можно решить обратную задачу.
|