Verwarming van atmosferische lucht. Dynamische en kinematische viscositeit van lucht bij verschillende temperaturen
1. Warmteverbruik voor toevoerluchtverwarming
Q t \u003d L ∙ ρ lucht. met lucht. ∙(t int. - t uit.),
waar:
lucht. is de luchtdichtheid. De dichtheid van droge lucht bij 15°C op zeeniveau is 1.225 kg/m³;
met lucht – soortelijke warmtecapaciteit van lucht gelijk aan 1 kJ/(kg∙K)=0,24 kcal/(kg∙°С);
t int. – luchttemperatuur aan de uitgang van de verwarming, °С;
t uit. - buitenluchttemperatuur, °С (luchttemperatuur van de koudste periode van vijf dagen met een beveiliging van 0,92 volgens Building Climatology).
2. Koelvloeistofdebiet voor de verwarming
G \u003d (3.6 ∙ Q t) / (s in ∙ (t pr -t arr)),
waar:
3.6 - conversiefactor W naar kJ/h (om het debiet in kg/h te verkrijgen);
G - waterverbruik voor verwarming van de kachel, kg / h;
Q t - thermisch vermogen van de verwarming, W;
c c - soortelijke warmtecapaciteit van water, gelijk aan 4,187 kJ / (kg ∙ K) \u003d 1 kcal / (kg ∙ ° С);
t pr. - koelvloeistoftemperatuur (rechte lijn), ° С;
t uit. – temperatuur warmtedrager (retourleiding), °C.
3. De keuze van de buisdiameter voor het verwarmen van de kachel:
Waterverbruik voor de verwarming , kg/u4. I-d diagram van het luchtverwarmingsproces
Het proces van het verwarmen van de lucht in de heater verloopt bij d=const (bij een constant vochtgehalte).
de belangrijkste fysieke eigenschappen lucht: luchtdichtheid, zijn dynamische en kinematische viscositeit, specifieke warmtecapaciteit, thermische geleidbaarheid, thermische diffusie, Prandtl-getal en entropie. De eigenschappen van de lucht worden in de tabellen gegeven, afhankelijk van de temperatuur bij normaal luchtdruk.
Luchtdichtheid versus temperatuur
Een gedetailleerde tabel met dichtheidswaarden voor droge lucht bij verschillende temperaturen en normale atmosferische druk wordt gepresenteerd. Wat is de dichtheid van lucht? De dichtheid van lucht kan analytisch worden bepaald door de massa te delen door het volume dat het inneemt. onder bepaalde omstandigheden (druk, temperatuur en vochtigheid). Het is ook mogelijk om de dichtheid te berekenen met behulp van de ideale. Hiervoor moet je weten absolute druk en luchttemperatuur, evenals zijn gasconstante en molair volume. Met deze vergelijking kunt u de dichtheid van lucht in droge toestand berekenen.
op de praktijk, om erachter te komen wat de dichtheid van lucht is bij verschillende temperaturen, is het handig om kant-en-klare tabellen te gebruiken. Bijvoorbeeld de gegeven tabel met atmosferische luchtdichtheidswaarden, afhankelijk van de temperatuur. De luchtdichtheid in de tabel wordt uitgedrukt in kilogram per kubieke meter en wordt gegeven in het temperatuurbereik van min 50 tot 1200 graden Celsius bij normale atmosferische druk (101325 Pa).
t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
-50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
-45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
-40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
-35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
-30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
-25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
-20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
-15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
-10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
-5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Bij 25°C heeft lucht een dichtheid van 1,185 kg/m 3 . Bij verwarming neemt de dichtheid van lucht af - de lucht zet uit (het specifieke volume neemt toe). Bij een temperatuurstijging tot bijvoorbeeld 1200°C wordt een zeer lage luchtdichtheid bereikt, gelijk aan 0,239 kg/m 3 , wat 5 keer minder is dan zijn waarde bij kamertemperatuur. In het algemeen maakt de vermindering van de verwarming het mogelijk dat een proces zoals natuurlijke convectie plaatsvindt en wordt dit bijvoorbeeld gebruikt in de luchtvaart.
Als we de dichtheid van lucht vergelijken met, dan is lucht drie ordes van grootte lichter - bij een temperatuur van 4 ° C is de dichtheid van water 1000 kg / m 3 en de dichtheid van lucht is 1,27 kg / m 3. Het is ook noodzakelijk om de waarde van de luchtdichtheid onder normale omstandigheden te noteren. Normale omstandigheden voor gassen zijn die waaronder hun temperatuur 0 ° C is en de druk gelijk is aan de normale atmosferische druk. Dus volgens de tabel luchtdichtheid onder normale omstandigheden (bij NU) is 1.293 kg/m 3.
Dynamische en kinematische viscositeit van lucht bij verschillende temperaturen
Bij het uitvoeren van thermische berekeningen is het noodzakelijk om de waarde van de luchtviscositeit (viscositeitscoëfficiënt) bij verschillende temperaturen te kennen. Deze waarde is nodig om de Reynolds-, Grashof-, Rayleigh-getallen te berekenen, waarvan de waarden het stroomregime van dit gas bepalen. De tabel toont de waarden van de coëfficiënten van dynamic μ en kinematisch ν luchtviscositeit in het temperatuurbereik van -50 tot 1200°C bij atmosferische druk.
De viscositeit van lucht neemt aanzienlijk toe met toenemende temperatuur. De kinematische viscositeit van lucht is bijvoorbeeld gelijk aan 15,06 10 -6 m 2 / s bij een temperatuur van 20 ° C, en met een temperatuurstijging tot 1200 ° C wordt de viscositeit van de lucht gelijk aan 233,7 10 -6 m 2 / s, dat wil zeggen, het neemt 15,5 keer toe! De dynamische viscositeit van lucht bij een temperatuur van 20°C is 18,1·10 -6 Pa·s.
Wanneer lucht wordt verwarmd, nemen de waarden van zowel de kinematische als de dynamische viscositeit toe. Deze twee grootheden zijn met elkaar verbonden door de waarde van luchtdichtheid, waarvan de waarde afneemt wanneer dit gas wordt verwarmd. Een toename van de kinematische en dynamische viscositeit van lucht (evenals van andere gassen) tijdens verwarming gaat gepaard met een intensere trilling van luchtmoleculen rond hun evenwichtstoestand (volgens de MKT).
t, °С | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
-45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
-40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
-35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
-30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
-25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
-20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
-15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
-10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
-5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Let op: wees voorzichtig! De viscositeit van lucht wordt gegeven tot de macht 106 .
Specifieke warmtecapaciteit van lucht bij temperaturen van -50 tot 1200°С
Er wordt een tabel weergegeven met de soortelijke warmtecapaciteit van lucht bij verschillende temperaturen. De warmtecapaciteit in de tabel wordt gegeven bij constante druk (isobare warmtecapaciteit van lucht) in het temperatuurbereik van min 50 tot 1200°C voor droge lucht. Wat is de soortelijke warmtecapaciteit van lucht? De waarde van de soortelijke warmtecapaciteit bepaalt de hoeveelheid warmte die moet worden geleverd aan één kilogram lucht bij constante druk om de temperatuur met 1 graad te verhogen. Om bijvoorbeeld bij 20°C 1 kg van dit gas met 1°C te verwarmen in een isobaar proces, is 1005 J warmte nodig.
De soortelijke warmtecapaciteit van lucht neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. De afhankelijkheid van de massawarmtecapaciteit van lucht van de temperatuur is echter niet lineair. In het bereik van -50 tot 120°C verandert de waarde praktisch niet - onder deze omstandigheden is de gemiddelde warmtecapaciteit van lucht 1010 J/(kg deg). Volgens de tabel is te zien dat de temperatuur een significant effect begint te krijgen vanaf een waarde van 130°C. De luchttemperatuur beïnvloedt echter de specifieke warmtecapaciteit veel zwakker dan de viscositeit. Dus bij verwarming van 0 tot 1200°C neemt de warmtecapaciteit van lucht slechts 1,2 keer toe - van 1005 tot 1210 J/(kg deg).
Opgemerkt moet worden dat de warmtecapaciteit van vochtige lucht hoger is dan die van droge lucht. Als we lucht vergelijken, is het duidelijk dat water een hogere waarde heeft en het watergehalte in de lucht leidt tot een toename van de soortelijke warmte.
t, °С | Cp, J/(kg gr.) | t, °С | Cp, J/(kg gr.) | t, °С | Cp, J/(kg gr.) | t, °С | Cp, J/(kg gr.) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
-50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
-45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
-40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
-35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
-30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
-25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
-20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
-15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
-10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
-5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Thermische geleidbaarheid, thermische diffusie, Prandtl-getal van lucht
De tabel toont fysieke eigenschappen van atmosferische lucht zoals thermische geleidbaarheid, thermische diffusie en het Prandtl-getal, afhankelijk van de temperatuur. De thermofysische eigenschappen van lucht worden gegeven in het bereik van -50 tot 1200°C voor droge lucht. Volgens de tabel is te zien dat de aangegeven eigenschappen van lucht sterk afhankelijk zijn van de temperatuur en dat de temperatuurafhankelijkheid van de beschouwde eigenschappen van dit gas anders is.
De rookgastemperatuur achter de ketel is afhankelijk van het soort brandstof dat wordt verbrand, de temperatuur van het voedingswater t n v, de geschatte kosten van de brandstof С t , de verminderde luchtvochtigheid
waar
Op basis van technische en economische optimalisatie, volgens de staat van de efficiëntie van het gebruik van brandstof en metaal van het staartverwarmingsoppervlak, evenals andere omstandigheden, werden de volgende aanbevelingen verkregen voor het kiezen van de waarde
gegeven in tabel 2.4.
Van tafel. 2.4 worden kleinere waarden van de optimale rookgastemperatuur gekozen voor goedkope brandstoffen, en grotere waarden voor dure brandstoffen.
Voor lagedrukketels (R nee .≤ 3,0 MPa) met staartverwarmingsoppervlakken, mag de temperatuur van de rookgassen niet lager zijn dan de waarden gespecificeerd in de tabel. 2.5, en de optimale waarde wordt geselecteerd op basis van technische en economische berekeningen.
Tabel 2.4 - Optimale rookgastemperatuur voor ketels
met een capaciteit van meer dan 50 t/h (14 kg/s) bij verbranding
laagzwavelige brandstoffen
Voedingswatertemperatuur t n in, 0 С |
Verminderd brandstofvocht |
||
Tabel 2.5 - Rookgastemperatuur lagedrukketels
capaciteit minder dan 50 t/h (14 kg/s)
, 0 |
|
Vochtgecorrigeerde kolen | |
kolen met | |
Stookolie met hoog zwavelgehalte | |
Turf- en houtafval |
Bij ketels van het type KE en DE is de rookgastemperatuur sterk afhankelijk van t n c. Bij de temperatuur van het voedingswater t n in =100°C,
, en bij t n in = 80 ÷ 90 0 С neemt het af tot de waarden
.
Bij verbranding van zwavelhoudende brandstoffen, in het bijzonder stookolie met een hoog zwavelgehalte, bestaat het gevaar van corrosie bij lage temperatuur van de luchtverwarmer bij een minimumtemperatuur van de metalen wand t st onder het dauwpunt t p van rookgassen. De waarde van t p hangt af van de condensatietemperatuur van waterdamp t k bij hun partiële druk in rookgassen P H 2 O, het verminderde gehalte aan zwavel S n en as An in de werkbrandstof
, (2.3)
waar
- calorische onderwaarde van brandstof, mJ/kg of mJ/m 3 .
De partiële druk van waterdamp is
(2.4)
waarbij: Р=0,1 MPa – rookgasdruk aan de uitlaat van de ketel, MPa;
r H 2 O is de volumefractie van waterdamp in de uitlaatgassen.
Om corrosie volledig te elimineren zonder speciale beschermende maatregelen, moet de temperatuur 5 - 10 ° C hoger zijn tp , dit zal echter leiden tot een aanzienlijke toename boven het economische belang ervan. Verhoog daarom tegelijkertijd en luchttemperatuur bij de inlaat naar de luchtverwarmer .
Minimale wandtemperatuur, afhankelijk van vooraf geselecteerde waarden en bepaald door de formules: voor regeneratieve luchtverwarmers (RAH)
(2.5)
voor buisvormige luchtverwarmers (TVP)
(2.6)
Bij verbranding van vaste zwavelhoudende brandstoffen moet de luchttemperatuur bij de inlaat van de luchtverwarmer niet lager zijn dan k, bepaald afhankelijk van PH 2 O.
Bij het gebruik van hoogzwavelige stookolie is een effectieve manier om corrosie bij lage temperaturen te bestrijden de verbranding van stookolie met een kleine overmaat aan lucht ( = 1,02 ÷ 1,03). Deze verbrandingsmethode elimineert vrijwel volledig corrosie bij lage temperatuur en wordt erkend als de meest veelbelovende, maar vereist een zorgvuldige afstelling van de branders en een verbeterde werking van de keteleenheid.
Bij het installeren van vervangbare TVP-kubussen of vervangbare koude (RVP) pakkingen in de koude trappen van de luchtverwarmer, zijn de volgende waarden van de inkomende luchttemperatuur toegestaan: in regeneratieve luchtverwarmers 60 - 70°С, en in buisvormige luchtverwarmers 80 - 90°С.
Voor het voorverwarmen van lucht tot waarden Voordat ze de luchtverwarmer binnengaan, worden meestal stoomverwarmers geïnstalleerd, verwarmd door geselecteerde stoom uit de turbine. Ook andere methoden van luchtverwarming aan de inlaat van de luchtverwarmer en maatregelen ter bestrijding van corrosie bij lage temperatuur worden toegepast, namelijk: recirculatie van hete lucht naar de ventilatoraanzuiging, installatie van luchtverwarmers met een tussenliggende warmtedrager, gasverdampers, etc. Er worden verschillende soorten additieven gebruikt om H 2 SO 4 dampen te neutraliseren, zowel in de gaskanalen van de ketel als in de brandstof.
De luchtverwarmingstemperatuur is afhankelijk van het type brandstof en de kenmerken van de oven. Als hoge luchtverwarming niet vereist is vanwege de droogomstandigheden of brandstofverbranding, is het raadzaam om een eentraps luchtverwarmer te installeren. In dit geval wordt de optimale luchttemperatuur van vermogensketels, afhankelijk van de temperatuur van het voedingswater en de rookgassen, ongeveer bepaald door de formule
Bij een tweetraps indeling van de luchtverwarmer wordt volgens formule (2.7) de luchttemperatuur achter de eerste trap bepaald, en in de tweede trap van de luchtverwarmer wordt de lucht van deze temperatuur opgewarmd naar de hete lucht temperatuur aangenomen volgens tabel. 2.6.
Typisch wordt een tweetraps lay-out van de luchtverwarmer in een "cut" met waterbesparende trappen gebruikt bij een waarde van t hw > 300°C. In dit geval mag de temperatuur van de gassen voor de "hete" trap van de luchtverwarmer niet hoger zijn dan 500°C.
Tabel 2.6 - Luchtverwarmingstemperatuur voor ketelunits
capaciteit meer dan 75 t/h (21,2 kg/s)
Kenmerken van de vuurhaard |
Brandstofkwaliteit: |
"Luchttemperatuur. °С |
1 Ovens met verwijdering van vaste slakken met een gesloten circuit van stofvoorbereiding |
Stenen en magere kolen Bruinkool snijders. | |
2 Ovens met verwijdering van vloeibare slakken, incl. met horizontale cyclonen en verticale voorovens bij het drogen van brandstof met lucht en het toevoeren van stof met hete lucht of een droogmiddel |
ASh, PA bruinkool Harde kolen en Donetsk skinny | |
3 Bij het drogen van brandstof met gassen in een gesloten circuit van stofvoorbereiding, met verwijdering van vaste slakken hetzelfde met het verwijderen van vloeibare slakken |
bruinkool |
300 - 350 x x 350 - 400 x x |
4 Bij het drogen van brandstof met gassen in een open circuit van stofvoorbereiding met verwijdering van vaste slakken Met vloeibare slakverwijdering |
Voor iedereen |
350 - 400 x x |
5. Kamerovens |
Stookolie en aardgas |
250 – 300 x x x |
x Bij hoogvochtige turf/W p > 50%/neem 400°C;
хх Hogere waarde bij hoge brandstofvochtigheid;
xxx De waarde van t gw wordt gecontroleerd met de formule .
- apparaten die worden gebruikt voor het verwarmen van lucht in toevoerventilatiesystemen, airconditioningsystemen, luchtverwarming, evenals in drooginstallaties.
Afhankelijk van het type koelmiddel kunnen kachels vuur, water, stoom en elektrisch zijn. .
De meest voorkomende momenteel zijn water- en stoomverwarmers, die zijn onderverdeeld in gladde buizen en geribbelde; de laatste zijn op hun beurt verdeeld in lamellaire en spiraalgewonden.
Maak onderscheid tussen single-pass en multi-pass heaters. In single-pass beweegt het koelmiddel door de buizen in één richting en in multi-pass verandert het de bewegingsrichting meerdere keren vanwege de aanwezigheid van scheidingswanden in de collectorafdekkingen (Fig. XII.1).
Kachels voeren twee modellen uit: medium (C) en groot (B).
Het warmteverbruik voor het verwarmen van de lucht wordt bepaald door de formules:
waar Q"— warmteverbruik voor luchtverwarming, kJ/h (kcal/h); Q- hetzelfde, W; 0,278 is de conversiefactor van kJ/h naar W; G- massahoeveelheid verwarmde lucht, kg / h, gelijk aan Lp [hier L- volumetrische hoeveelheid verwarmde lucht, m 3 / h; p is de luchtdichtheid (bij een temperatuur tK), kg/m3]; met- soortelijke warmtecapaciteit van lucht, gelijk aan 1 kJ / (kg-K); t k - luchttemperatuur na de verwarming, ° С; t nee— luchttemperatuur voor de luchtverwarmer, °C.
Voor heaters van de eerste verwarmingstrap is de temperatuur tn gelijk aan de temperatuur van de buitenlucht.
Bij het ontwerpen van algemene ventilatie ter bestrijding van overtollig vocht, warmte en gassen, waarvan de MPC meer dan 100 mg/m3 bedraagt, wordt aangenomen dat de buitenluchttemperatuur gelijk is aan de berekende ventilatietemperatuur (categorie A klimaatparameters). Bij het ontwerpen van algemene ventilatie die bedoeld is om gassen te bestrijden waarvan de MPC lager is dan 100 mg/m3, evenals bij het ontwerpen van toevoerventilatie om te compenseren voor lucht die wordt afgevoerd via lokale uitlaten, proceskappen of pneumatische transportsystemen, wordt aangenomen dat de buitenluchttemperatuur gelijk is op de berekende buitentemperatuur tn voor verwarmingsontwerp (klimaatparameters categorie B).
In een ruimte zonder warmteoverschotten moet toevoerlucht worden toegevoerd met een temperatuur gelijk aan de binnenluchttemperatuur tВ voor deze ruimte. Bij overtollige warmte wordt toevoerlucht toegevoerd vanuit lage temperatuur(bij 5-8°C). Toevoer van lucht met een temperatuur lager dan 10°C wordt afgeraden, zelfs niet in aanwezigheid van aanzienlijke warmteafgifte vanwege de mogelijkheid van verkoudheid. De uitzondering is het gebruik van speciale anemostaten.
Het benodigde oppervlak voor het verwarmen van heaters Fк m2 wordt bepaald door de formule:
waar Q— warmteverbruik voor luchtverwarming, W (kcal/h); Tot- warmteoverdrachtscoëfficiënt van de verwarmer, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]; t cf.T. — Gemiddelde temperatuur koelvloeistof, 0 ; t r.v. is de gemiddelde temperatuur van de verwarmde lucht die door de verwarmer gaat, °C, gelijk aan (tn + tc)/2.
Als het koelmiddel stoom is, dan is de gemiddelde temperatuur van het koelmiddel tav.T. gelijk is aan de verzadigingstemperatuur bij de overeenkomstige dampdruk.
Voor watertemperatuur tav.T. wordt gedefinieerd als het rekenkundig gemiddelde van de warm- en retourwatertemperaturen:
De veiligheidsfactor 1.1-1.2 houdt rekening met het warmteverlies voor luchtkoeling in de luchtkanalen.
De warmteoverdrachtscoëfficiënt van verwarmers K hangt af van het type koelmiddel, de massasnelheid van luchtbeweging vp door de verwarmer, de geometrische afmetingen en ontwerpkenmerken van de verwarmers, de snelheid van waterbeweging door de buizen van de verwarmer.
Onder massasnelheid wordt verstaan de massa van lucht, kg, die in 1 s door 1 m2 van het woongedeelte van de luchtverwarmer gaat. Massasnelheid vp, kg/(cm2), wordt bepaald door de formule
Afhankelijk van het gebied van het open gedeelte fЖ en het verwarmingsoppervlak FK, worden het model, het merk en het aantal kachels geselecteerd. Na het kiezen van de verwarmers, wordt de massale luchtsnelheid gespecificeerd volgens het werkelijke gebied van het open gedeelte van de verwarmer fD van dit model:
waarbij A, A 1 , n, n 1 en t- coëfficiënten en exponenten, afhankelijk van het ontwerp van de verwarming
De snelheid van waterbeweging in de verwarmingsbuizen ω, m/s, wordt bepaald door de formule:
waarbij Q "het warmteverbruik is voor het verwarmen van lucht, kJ / h (kcal / h); rp is de dichtheid van water, gelijk aan 1000 kg / m3, sv is de soortelijke warmte van water, gelijk aan 4,19 kJ / (kg- K); fTP - open ruimte voor koelmiddeldoorgang, m2, tg — temperatuur heet water in de toevoerleiding, ° С; t 0 - retourwatertemperatuur, 0С.
De warmteoverdracht van verwarmers wordt beïnvloed door het schema om ze met pijpleidingen te binden. Met een parallel schema voor het aansluiten van pijpleidingen, gaat slechts een deel van het koelmiddel door een afzonderlijke verwarmer en met een sequentieel schema passeert de volledige stroom van het koelmiddel door elke verwarmer.
De weerstand van verwarmers tegen de doorgang van lucht p, Pa, wordt uitgedrukt door de volgende formule:
waarbij B en z de coëfficiënt en exponent zijn, die afhankelijk zijn van het ontwerp van de verwarming.
De weerstand van de in serie geplaatste kachels is gelijk aan:
waarbij m het aantal achtereenvolgens geplaatste verwarmingselementen is. De berekening eindigt met een controle van de warmteafgifte (warmteoverdracht) van de heaters volgens de formule
waar QK - warmteoverdracht van kachels, W (kcal / h); QK - hetzelfde, kJ/h, 3,6 - conversiefactor W naar kJ/h FK - verwarmingsoppervlak van kachels, m2, genomen als resultaat van de berekening van kachels van dit type; K - warmteoverdrachtscoëfficiënt van verwarmingstoestellen, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - de gemiddelde temperatuur van de verwarmde lucht die door de verwarming gaat, °C; tav. T is de gemiddelde temperatuur van het koelmiddel, °C.
Bij het selecteren van verwarmingstoestellen wordt de marge voor het geschatte verwarmingsoppervlak genomen in het bereik van 15 - 20%, voor de weerstand tegen luchtdoorgang - 10% en voor de weerstand tegen waterbeweging - 20%.
De mensheid kent maar weinig soorten energie - mechanische energie (kinetisch en potentieel), interne energie (thermisch), veldenergie (zwaartekracht, elektromagnetisch en nucleair), chemisch. Afzonderlijk is het de moeite waard om de energie van de explosie te benadrukken, ...
Vacuümenergie en bestaat nog steeds alleen in theorie - donkere energie. In dit artikel, het eerste in de sectie "Warmtetechniek", zal ik proberen in een eenvoudige en toegankelijke taal, aan de hand van een praktisch voorbeeld, te praten over de belangrijkste vorm van energie in het leven van mensen - over thermische energie en over haar op tijd baren thermische kracht.
Een paar woorden om de plaats van warmtetechniek te begrijpen als een tak van de wetenschap van het verkrijgen, overbrengen en gebruiken van thermische energie. Moderne warmtetechniek is voortgekomen uit de algemene thermodynamica, die op zijn beurt een van de takken van de natuurkunde is. Thermodynamica is letterlijk "warm" plus "kracht". Thermodynamica is dus de wetenschap van de "verandering in temperatuur" van een systeem.
De impact van buitenaf op het systeem, waarbij de interne energie verandert, kan het gevolg zijn van warmteoverdracht. Thermische energie, die door het systeem wordt gewonnen of verloren als gevolg van een dergelijke interactie met de omgeving, wordt genoemd hoeveelheid warmte en wordt gemeten in het SI-systeem in Joules.
Als u geen warmtetechnicus bent en niet dagelijks met warmtetechnische problemen te maken heeft, dan kan het, wanneer u ze tegenkomt, soms zonder ervaring, erg moeilijk zijn om ze snel te achterhalen. Het is moeilijk om zelfs de afmetingen van de gewenste waarden van de hoeveelheid warmte en warmtekracht zonder ervaring voor te stellen. Hoeveel joule energie is er nodig om 1000 kubieke meter lucht te verwarmen van -37˚С naar +18˚С?.. Wat is het vermogen van de warmtebron die nodig is om dit in 1 uur te doen? » Niet alle ingenieurs. Soms herinneren experts zich zelfs de formules, maar slechts enkelen kunnen ze in de praktijk brengen!
Nadat u dit artikel tot het einde hebt gelezen, kunt u gemakkelijk echte industriële en huishoudelijke taken met betrekking tot verwarming en koeling oplossen. verschillende materialen. Het begrijpen van de fysieke essentie van warmteoverdrachtsprocessen en kennis van eenvoudige basisformules zijn de belangrijkste blokken in de basis van kennis in warmtetechniek!
De hoeveelheid warmte in verschillende fysieke processen.
De meeste bekende stoffen kunnen bij verschillende temperaturen en drukken in vaste, vloeibare, gasvormige of plasmatoestand zijn. Overgang van de ene geaggregeerde staat naar de andere vindt plaats bij constante temperatuur(mits de druk en andere parameters niet veranderen) omgeving) en gaat gepaard met de absorptie of afgifte van thermische energie. Ondanks het feit dat 99% van de materie in het heelal zich in de plasmatoestand bevindt, zullen we deze staat van aggregatie in dit artikel niet beschouwen.
Beschouw de grafiek in de figuur. Het toont de afhankelijkheid van de temperatuur van een stof T op de hoeveelheid warmte Q, samengevat tot een bepaald gesloten systeem dat een bepaalde massa van een bepaalde stof bevat.
1. Een vaste stof die een temperatuur heeft T1, verwarmd tot een temperatuur Tm, besteden aan dit proces een hoeveelheid warmte gelijk aan Q1 .
2. Vervolgens begint het smeltproces, dat plaatsvindt bij een constante temperatuur Tpl(smeltpunt). Om de hele massa van een vaste stof te smelten, is het noodzakelijk om thermische energie in de hoeveelheid te verbruiken Q2 — Q1 .
3. Vervolgens wordt de vloeistof die ontstaat door het smelten van een vaste stof verwarmd tot het kookpunt (gasvorming) Tkp, uitgaven aan deze hoeveelheid warmte gelijk aan Q3-Q2 .
4. Nu op een constant kookpunt Tkp vloeistof kookt en verdampt en verandert in een gas. Om de hele massa vloeistof in gas om te zetten, is het noodzakelijk om te besteden thermische energie in hoeveelheid Q4-Q3.
5. In de laatste fase wordt het gas verwarmd vanaf de temperatuur Tkp tot een bepaalde temperatuur T2. In dit geval zijn de kosten van de hoeveelheid warmte Q5-Q4. (Als we het gas verhitten tot de ionisatietemperatuur, verandert het gas in plasma.)
Dus, het origineel verwarmen solide temperatuur- T1 tot temperatuur T2 we hebben thermische energie uitgegeven in de hoeveelheid Q5, het vertalen van de stof door drie aggregatietoestanden.
Als we in de tegenovergestelde richting gaan, zullen we dezelfde hoeveelheid warmte uit de substantie verwijderen Q5, door de stadia van condensatie, kristallisatie en koeling van temperatuur; T2 tot temperatuur T1. Uiteraard denken we aan een gesloten systeem zonder energieverliezen naar de externe omgeving.
Merk op dat de overgang van de vaste toestand naar de gasvormige toestand mogelijk is, waarbij de vloeibare fase wordt omzeild. Dit proces wordt sublimatie genoemd en het omgekeerde proces wordt desublimatie genoemd.
We hebben dus begrepen dat de processen van overgangen tussen de geaggregeerde toestanden van een stof worden gekenmerkt door energieverbruik bij een constante temperatuur. Wanneer een stof wordt verwarmd, die zich in één onveranderde staat van aggregatie bevindt, stijgt de temperatuur en wordt ook thermische energie verbruikt.
De belangrijkste formules voor warmteoverdracht.
De formules zijn heel eenvoudig.
Hoeveelheid warmte Q in J wordt berekend met de formules:
1. Van de kant van het warmteverbruik, d.w.z. van de kant van de belasting:
1.1. Bij verwarmen (koelen):
Q = m * c *(T2-T1)
m – massa stof in kg
met - soortelijke warmtecapaciteit van een stof in J / (kg * K)
1.2. Bij het smelten (bevriezen):
Q = m * λ
λ – soortelijke smelt- en kristallisatiewarmte van een stof in J/kg
1.3. Tijdens het koken, verdamping (condensatie):
Q = m * r
r – soortelijke warmte van gasvorming en condensatie van materie in J/kg
2. Van de kant van de warmteproductie, dat wil zeggen van de kant van de bron:
2.1. Bij het verbranden van brandstof:
Q = m * q
q – soortelijke verbrandingswarmte van brandstof in J/kg
2.2. Bij het omzetten van elektriciteit in thermische energie (wet van Joule-Lenz):
Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /r)*U ^2
t – tijd in s
l – huidige waarde in A
jij – effectieve spanning in V
R – belastingsweerstand in ohm
We concluderen dat de hoeveelheid warmte recht evenredig is met de massa van de stof tijdens alle fasetransformaties en, bij verhitting, bovendien recht evenredig is met het temperatuurverschil. Evenredigheidscoëfficiënten ( c , λ , r , q ) voor elke stof hebben hun eigen waarden en worden empirisch bepaald (uit naslagwerken).
Thermische kracht N in W is de hoeveelheid warmte die in een bepaalde tijd aan het systeem wordt overgedragen:
N=Q/t
Hoe sneller we het lichaam willen opwarmen tot bepaalde temperatuur, hoe groter het vermogen moet de bron van thermische energie zijn - alles is logisch.
Berekening in Excel toegepaste taak.
In het leven is het vaak nodig om snel een schatting te maken om te begrijpen of het zin heeft om door te gaan met het bestuderen van een onderwerp, het maken van een project en gedetailleerde nauwkeurige arbeidsintensieve berekeningen. Door in enkele minuten een berekening te maken, zelfs met een nauwkeurigheid van ± 30%, kunt u een belangrijke managementbeslissing nemen die 100 keer goedkoper en 1000 keer sneller is en daardoor 100.000 keer efficiënter dan het uitvoeren van een nauwkeurige berekening binnen een week, anders en een maand, door een groep dure specialisten ...
Voorwaarden van het probleem:
In het pand van de winkel voor de voorbereiding van gewalst metaal met afmetingen van 24m x 15m x 7m, importeren we gewalst metaal uit een magazijn op straat in een hoeveelheid van 3 ton. Gewalst metaal heeft ijs met een totale massa van 20 kg. Buiten -37˚С. Welke hoeveelheid warmte is nodig om het metaal te verwarmen tot + 18˚С; verwarm het ijs, smelt het en verwarm het water tot +18˚С; het volledige luchtvolume in de kamer verwarmen, ervan uitgaande dat de verwarming daarvoor volledig was uitgeschakeld? Welk vermogen moet het verwarmingssysteem hebben als al het bovenstaande in 1 uur moet worden voltooid? (Zeer harde en bijna onrealistische omstandigheden - vooral met betrekking tot lucht!)
We zullen de berekening in het programma uitvoerenMS Excel of in het programmaOo Calc.
Zie de pagina "" voor kleuropmaak van cellen en lettertypen.
Initiële data:
1. We schrijven de namen van stoffen:
naar cel D3: Staal
naar cel E3: Ijs
naar cel F3: ijswater
naar cel G3: Water
naar cel G3: Lucht
2. We voeren de namen van de processen in:
in cellen D4, E4, G4, G4: warmte
naar cel F4: smeltend
3. Specifieke warmtecapaciteit van stoffen c in J / (kg * K) schrijven we respectievelijk voor staal, ijs, water en lucht
naar cel D5: 460
naar cel E5: 2110
naar cel G5: 4190
naar cel H5: 1005
4. Specifieke smeltwarmte van ijs λ in J/kg invoeren
naar cel F6: 330000
5. Massa van stoffen m in kg voeren we respectievelijk in voor staal en ijs
naar cel D7: 3000
naar cel E7: 20
Aangezien de massa niet verandert wanneer ijs in water verandert,
in cellen F7 en G7: =E7 =20
De luchtmassa wordt gevonden door het volume van de kamer te vermenigvuldigen met het soortelijk gewicht
in cel H7: =24*15*7*1.23 =3100
6. Procestijd t in minuten schrijven we maar één keer voor staal
naar cel D8: 60
De tijdwaarden voor het verwarmen van ijs, het smelten en verwarmen van het resulterende water worden berekend op basis van de voorwaarde dat al deze drie processen in dezelfde tijd moeten optellen als de tijd die is toegewezen voor het verwarmen van het metaal. We lezen dienovereenkomstig
in cel E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7
in cel F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0
in cel G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4
De lucht moet ook opwarmen in dezelfde toegewezen tijd, lezen we
in cel H8: =D8 =60,0
7. De begintemperatuur van alle stoffen T1 in ˚C gaan we binnen
naar cel D9: -37
naar cel E9: -37
naar cel F9: 0
naar cel G9: 0
naar cel H9: -37
8. Eindtemperatuur van alle stoffen T2 in ˚C gaan we binnen
naar cel D10: 18
naar cel E10: 0
naar cel F10: 0
naar cel G10: 18
naar cel H10: 18
Ik denk dat er geen vragen zouden moeten zijn over de punten 7 en 8.
Berekeningsresultaten:
9. Hoeveelheid warmte Q in KJ vereist voor elk van de processen die we berekenen
voor staalverwarming in cel D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900
voor het verwarmen van ijs in cel E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561
voor smeltend ijs in cel F12: =F7*F6/1000 = 6600
voor waterverwarming in cel G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508
voor luchtverwarming in cel H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330
De totale hoeveelheid thermische energie die nodig is voor alle processen wordt afgelezen
in samengevoegde cel D13E13F13G13H13: =SOM(D12:H12) = 256900
In de cellen D14, E14, F14, G14, H14 en de gecombineerde cel D15E15F15G15H15 wordt de hoeveelheid warmte gegeven in een boogmaateenheid - in Gcal (in gigacalorieen).
10. Thermische kracht N in kW, vereist voor elk van de processen wordt berekend
voor staalverwarming in cel D16: =D12/(D8*60) =21,083
voor het verwarmen van ijs in cel E16: =E12/(E8*60) = 2,686
voor smeltend ijs in cel F16: =F12/(F8*60) = 2,686
voor waterverwarming in cel G16: =G12/(G8*60) = 2,686
voor luchtverwarming in cel H16: =H12/(H8*60) = 47,592
Het totale thermische vermogen dat nodig is om alle processen tegelijk uit te voeren t berekend
in samengevoegde cel D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361
In de cellen D18, E18, F18, G18, H18 en de gecombineerde cel D19E19F19G19H19 wordt het thermische vermogen gegeven in een boogmeeteenheid - in Gcal / h.
Hiermee is de berekening in Excel voltooid.
bevindingen:
Merk op dat het meer dan twee keer zoveel energie kost om lucht te verwarmen als om dezelfde massa staal te verwarmen.
Bij het verwarmen van water zijn de energiekosten twee keer zo hoog als bij het verwarmen van ijs. Het smeltproces verbruikt vele malen meer energie dan het verwarmingsproces (met een klein temperatuurverschil).
Het verwarmen van water verbruikt tien keer meer warmte-energie dan het verwarmen van staal en vier keer meer dan het verwarmen van lucht.
Voor ontvangen informatie over de release van nieuwe artikelen en voor werkende programmabestanden downloaden Ik vraag je om je te abonneren op aankondigingen in het venster aan het einde van het artikel of in het venster bovenaan de pagina.
Na het invoeren van uw adres E-mail en klikken op de knop "Ontvang aankondigingen van artikelen" VERGEET NIET BEVESTIGEN ABONNEMENT door op de link te klikken in een brief die meteen naar je toe komt met de opgegeven post (soms - in de map « Spam » )!
We herinnerden ons de concepten "hoeveelheid warmte" en "thermische kracht", beschouwden de fundamentele formules voor warmteoverdracht en analyseerden een praktisch voorbeeld. Ik hoop dat mijn taal eenvoudig, begrijpelijk en interessant was.
Ik kijk uit naar vragen en opmerkingen over het artikel!
vragen MET INACHTNEMING VAN downloadbestand van het werk van de auteur NA ABONNEMENT voor artikelaankondigingen.
- Officiële of alternatieve liquidatie: wat te kiezen Juridische ondersteuning bij de liquidatie van een bedrijf - de prijs van onze diensten is lager dan mogelijke verliezen
- Wie kan lid zijn van de vereffeningscommissie Vereffenaar of vereffeningscommissie wat is het verschil
- Faillissement beveiligde schuldeisers - zijn privileges altijd goed?
- Het werk van de contractmanager wordt wettelijk betaald De werknemer weigert de voorgestelde combinatie