• Nie Znaleziono Wyników

Nagrzewnice powietrza wykonywane są z rur stalowych ocynkowanych lub rur miedzianych. Na rurach osadzone są żebra stalowe, miedziane lub aluminiowe.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Nagrzewnice powietrza wykonywane są z rur stalowych ocynkowanych lub rur miedzianych. Na rurach osadzone są żebra stalowe, miedziane lub aluminiowe. "

Copied!
49
0
0

Pełen tekst

(1)

Anisimov

(2)

Ogrzewanie powietrza jest przemianą fizycznego stanu powietrza, w której powietrze pobiera ciepło jawne od powierzchni wymiennika. Wynikiem takiej przemiany jest wzrost temperatury powietrza przy stałej zawartości wilgoci. Nośnikiem energii dostarczanej do wymiennik a ciepła jest najczęściej  gorąca woda, rzadziej para wodna, bardzo rzadko spaliny lub prąd elektryczny.

Przemianę stanu w czasie ogrzewania przedstawia na wykresie i-x odcinek linii prostej równoległy do linii x = idem (rys. 4.3).

Anisimov

(3)

`

2

1 t 1

t 2

2

1

i 2

x 1= x 2= const

i 1 1-2=+

Rys. 4.3. Ogrzewanie powietrza na wykresie i-x.

Anisimov

(4)

Nagrzewnice powietrza wykonywane są z rur stalowych ocynkowanych lub rur miedzianych. Na rurach osadzone są żebra stalowe, miedziane lub aluminiowe.

Anisimov

(5)

Żebra mogą być wykonane ze spiralnie nawiniętej taśmy

układ rur - szeregowy

Anisimov

(6)

układ rur  szachownicowy

Anisimov

(7)

Żebra mogą być wykonane w postaci płycin, nakładanych na jedną rurę bądź wiele rur.

układ rur - szeregowy

układ rur  szachownicowy

Anisimov

(8)

powierzchnia wymiany ciepła z bimetalowych rurek (wewnątrz –rurka stalowa), ożebrowanie –aluminiowe

Anisimov

(9)

Poszczególne odcinki rur łączy się w rzędy równoległe, czyli w sposób kolektorowy lub szeregowe, czyli wężownicowo. Stosowane są też połączenia szeregoworównoległe. W tym przypadku tworzone są z kilku rur połączonych szeregowo tzw. obiegi. Przez każdy z nich przepływa jednakowa ilość czynnika. Obiegi te następnie łączone są równolegle w rząd.

Anisimov

(10)

Anisimov

(11)

Anisimov

(12)

Rury w rzędzie mogą być ustawione poziomo, co jest zalecane dla nagrzewnic wodnych dla łatwiejszego ich odpowietrzania lub pionowo  dla nagrzewnic parowych w celu lepszego spływu kondensatu. Rzędy łączy się ze sobą szeregowo lub równolegle.

Anisimov

(13)

Kierunek przepływu powietrza w nagrzewnicy jest prostopadły do przepływu czynnika grzejnego; jest to tzw. prąd krzyżowy. Przy czym ze względu na sposób podłączenia czynnika grzejnego wyróżnia się układ współprądowo-krzyżowy lub przeciwprądowokrzyżowy.

Anisimov

(14)

powietrze

woda

powietrze

woda

powietrze

układ współprądowo-krzyżowy

układ przeciwprądowokrzyżowy prąd krzyżowy

Anisimov

(15)

Znając strumień powietrza wentylującego V oraz bilans cieplny

Qzjoz wykonany dla warunków obliczeniowych okresu zimnego, możemy obliczyć wymaganą temperaturę powietrza nawiewanego w tych warunkach.

zjoz z

p w

no oz

t t Q

V c

, C

t  temperatura powietrza nawiewanego, noz

C,

z

two  temperatura powietrza wywiewanego,

C

Anisimov

(16)

Moc cieplną (wydajność nagrzewnicy) oblicza się z zależności

1

N p noz

Q 

Vc t  t , kW,

t  temperatura powietrza napływającego do 1

nagrzewnicy (zewnętrznego lub mieszaniny),

C;

 gęstość powietrza napływającego do

nagrzewnicy, kg/m3;

c  właściwa pojemność cieplna powietrza, p

kJ/(kgK).

Anisimov

(17)

Wydajność wymiennika, wynikająca z jego konstrukcji, nigdy nic może być mniejsza od wymaganej, lecz nie powinna też być dużo większa. Nadmiar nie powinien przekraczać 1015% wymaganej wydajności nagrzewnicy. W przeciwnym razie pojawiają się problemy regulacyjne, zwłaszcza w przypadku częściowego zapotrzebowania mocy na podgrzewanie powietrza

Anisimov

(18)

Wymagana powierzchnia wymiany ciepła wymiennika może być obliczona z zależności

log N

sr

F Q

k t

, m2,

k  współczynnik przenikania ciepła, W/(m2K);

log

tsr

 średnia logarytmiczna różnica temperatur powietrza i czynnika grzewczego (w przypadku przepływu współprądowego i przeciwprądowego), K,

 

log max min

max min

sr ln

t t

t t t

.

Anisimov

(19)

Anisimov

(20)

Anisimov

(21)

W Gc p  pojemność cieplna strumienia, W/K

Anisimov

(22)

Anisimov

(23)

Dla przepływu krzyżowego obowiązuje zmodyfikowana formuła obliczeniowa

log t

N sr

F Q

k t

, m2

w której współczynnik t jest zależny od wartości schłodzenia jednego czynnika (wody)

tw

podgrzania drugiego (powietrza) t i różnicy temperatur czynników t na wejściu do wymiennika ciepła. Należy obliczyć wielkości pomocnicze

 

tw t

P t

t t t

 

i

 

w w

w

t t

t t

R tt





Anisimov

(24)

Anisimov

(25)

Anisimov

(26)

Anisimov

(27)

Anisimov

(28)

Anisimov

(29)

Współczynnik przenikania ciepła dla rury ożebrowanej można zapisać w postaci ogólnej zależności

1 w

1 z w 1 z

k   F F , W/(m2K)

F , z F  powierzchnia, odpowiednio, na zewnątrz w rury łącznie z żebrami i wewnątrz rury, m2;

z , w  współczynnik wnikania ciepła, odpowiednio po stronie powietrza (na

zewnątrz rury) i po stronie czynnika grzewczego (wewnątrz rury), W/(m2K);

 grubość ścianki rury, m;

 współczynnik przewodzenia ciepła materiału ścianki rury, W/(mK).

Anisimov

(30)

Wartości współczynników wnikania ciepła zależą przede wszystkim od prędkości przepływu czynnika grzejnego lub powietrza oraz ich właściwości fizycznych, związanych z temperaturą.

Anisimov

(31)

W nagrzewnicach wodnych, dla burzliwego przepływu wody w rurach według Stendera i Merkela dla tw  100 C i średnicy rur w zakresie 15100 mm

 

0,870,13

2040 1 0,015

w w

t w

  d , W/(m2K)

lub według Schacka

 

0,85

3370 1 0,014

w t ww

  , W/(m2K)

d  średnica rury, m;

t  średnia temperatura wody, C; w

w  prędkość przepływu wody, m/s.

Anisimov

(32)

Wartości współczynników wnikania po stronie ożebrowanej można obliczyć tylko w przybliżeniu. Dokładne wartości współczynników wnikania określa się metodami doświadczalnymi, mają bowiem na nie wpływ liczne czynniki, trudne do ujęcia analitycznego, takie jak:

rzeczywisty stopień burzliwości powietrza,

układ rur,

liczba rzędów rur,

sposób łączenia żeber z rurami, kształt i budowa żebra,

zanieczyszczenie powierzchni itp.

Anisimov

(33)

Doświadczenie wskazuje, że współczynnik 

w

od strony czynnika grzejnego jest około 100 razy większy niż 

z

od strony powietrza. Fakt ten jest przyczyną zastosowania ożebrowania od zewnątrz rur nagrzewnicy dla zwiększenia pola powierzchni wymiany ciepła.

W nagrzewnicach parowych, ze względu na niewielką wartość ułamków 1 

w

i   w porównaniu z wartością 1 

z

, dla F F

z w

 10 można przyjąć, że k  

z

.

Anisimov

(34)

Dobieranie nagrzewnic

Gdy znana jest moc cieplna nagrzewnicy oraz parametry czynnika grzewczego, można dobrać odpowiedni wymiennik. Przy dobieraniu nagrzewnicy ważne jest przyjęcie prędkości przepływu powietrza i wody w rurkach. Obie te wielkości wpływają na straty ciśnienia oraz na współczynniki wnikania ciepła, odpowiednio po stronie powietrza i po stronie wody.

Anisimov

(35)

Prędkość napływu powietrza w przekroju brutto wymiennika powinna mieścić się w granicach 26 m/s. Prędkość przepływu wody w rurkach nagrzewnicy powinna wynosić 0,52 m/s. Dobieranie wymiennika należy wykonywać, posiłkując się zawsze tabelami, wykresami lub programami doboru podawanymi przez wytwórcę wymiennika.

Anisimov

(36)

Przed przystąpieniem do doboru nagrzewnicy należy ustalić wartość następujących

parametrów:

strumienia masy powietrza wentylacyjnego Gp;

temperatury powietrza t przed i t za nagrzewnicą;

rodzaju i parametrów dostępnego czynnika grzejnego: ciśnienia pary lub temperatury początkowej tw i końcowej

tw wody.

Anisimov

(37)

Dobór nagrzewnicy polega na określeniu wymaganego pola powierzchni wymiany ciepła F.

Aby go określić, niezbędne jest wyznaczenie:

mocy cieplnej nagrzewnicy QN ;

współczynnika przenikania ciepła k;

prędkości czołowej przepływu powietrza v (prędkości masowej przepływu powietrza v

);

Anisimov

(38)

a także w niektórych metodach doboru:

wymiarów konstrukcyjnych nagrzewnicy:

 powierzchni czołowej fcz;

 liczby rzędów rur R,

 liczby rur w rzędzie n

 liczby obiegów czynnika,

parametrów przepływowych nagrzewnicy:

 natężenia i prędkości czynnika grzejnego w rurkach.

Anisimov

(39)

W ramach doboru nagrzewnicy określa się również straty ciśnienia powietrza : czynnika grzewczego.

Spotykane w literaturze metody obliczania nagrzewnic bazują na równaniach przepływu ciepła. W praktyce jednak zadanie projektanta sprowadza się najczęściej de doboru odpowiedniego typu i wielkości nagrzewnicy na podstawie danych producenta i sprawdzenia ich przydatności w wymaganych warunkach.

Anisimov

(40)

Tok obliczeń:

Pojemność cieplna powietrza

p p p

W  G c , kW/K

Różnica temperatury początkowej i końcowej powietrza

 

t t t

  ,K

Wydajność cieplna nagrzewnicy

p

QN  W t

, kW

Anisimov

(41)

Natężenie masowe przepływu wody (czynnika grzewczego)

 

w N

w N

w w w w

Q Q

G  c t

c t  t , kg/s Pojemność cieplna wody

w w w

W  G c , kW/K

Przyjmujemy prędkość masową przepływu powietrza przez nagrzewnicę w zakresie v

5 10

kg/(m2c).

Anisimov

(42)

Powierzchnia czołowa nagrzewnicy fcz

p

fcz G v, m2

Na podstawie f dobieramy wielkość cz nagrzewnicy i obliczamy rzeczywisty wartości:

prędkości masowej przepływu powietrza przez nagrzewnicę

 

p

fakt fakt

v G fcz

prędkości wody w rurkach nagrzewnicy

rur

w G w f

frur  pole wolnego przekroju rurek nagrzewnicy, m2.

Anisimov

(43)

Współczynnik przenikania ciepła

 

m n

k a v w , W/(m2K)

Obliczenie wartości pola powierzchni wymiany ciepła nagrzewnicy

(na podstawie średniej logarytmicznej różnicy temperatur powietrza a czynnika grzewczego)

 

log max min

max min

sr ln

t t

t t t

. K

log t

N sr

F Q

k t

, m2

( , )

t f P R

 

w

t t

P t

t t t

 

i

 

w w

w

t t

t t

R tt





Anisimov

(44)

Obliczenie wartości pola powierzchni wymiany ciepła nagrzewnicy (na podstawie metody Keysa)

min

N W t

Q  , kW

W min  minimalna pojemność cieplna (powietrza albo wody)

W tp

Wmint

Ww tw

Wmin t

sprawność nagrzewnicy.

,Wmin max

f NTU W

NTU kF Wmin  ilość jednostek przenikania ciepła.

Anisimov

(45)

Współwprąd

min 1,0 max W

W

Anisimov

(46)

Przeciwprąd

min 1,0 max W

W

Anisimov

(47)

Przepływ krzyżowy

min 1,0 max W

W

w

Wp W

Anisimov

(48)

Przepływ krzyżowy

w

Wp W

Anisimov

(49)

Znając

i Wmin Wmax z wykresu odczytujemy wartość NTU

min

F  NTU W k

Anisimov

Cytaty

Powiązane dokumenty

In contrast to the existing methods for the modelling of the transient response of heat exchangers with extended surfaces in which the weighted steady-state heat transfer

Dodatkow¹ zalet¹ jest mo¿liwoœæ wyko- rzystania nagrzewnic jako urz¹dzeñ wymuszaj¹cych ruch powietrza w okresie letnim.. Specjalna konstrukcja wymien- nika ciep³a opatentowana

• „Prowadzi się rozpoznanie potrzeb i  zasobów szkoły lub placówki oraz środowiska lokalnego i na tej podstawie podejmuje się inicjatywy na rzecz ich wzajemnego rozwoju”

wych na metalach, cztery mają znaczenie podstawowe, a mianowioie: adhezja powłoki do podłoża, przepuszczalność oieczy, par, gazów i jonów przez m a ­ teriał powłoki,

Wzrost prędkości powietrza, a więc i jego ilości w przodku, powoduje nie tylko rozrzedzenie koncentracji pyłu w przodku, ale także dodatkowe jego wynoszenie od

ślenia częstości odrywania się wirów w poszczególnych rzędach rur oraz ustalenia dopuszczalnych prędkości przepływu powietrza w przestrzeni międzyrurowej, po

Osady jednostronne styczne zmieniają profil rury w nieznacznym stopniu, w związku z czym ich wpływ na konwekcyjny współczynnik wnikania ciepła można pominąć..

Analiza przepływu