3 Расчет тепловых процессов снегоплавилки на базе автогудронатора

3.1 Расчет расхода тепла на плавление снега

Исходя из традиционного метода расчета тепловой расчет будем проводить, приняв несколько необходимых допущений, так, например теплопередача в данной машине будет происходить по законам конвективного теплообмена и с учетом факторов влияющих на процесс теплоотдачи при этом режиме, таких как:

- природа возникновения движения жидкости вдоль стенки;

- режим движения жидкости;

- физические свойства жидкостей;

- форма, размеры и состояния поверхности стенки, омываемой жидкостью.

Поэтому необходимо принять допущения:

- теплообмен происходит теплопроводностью;

- режим теплообмена - стационарный;

- температура сгорания топлива является постоянной.

Тепловой расчет необходим для определения количества топлива необходимого для расплавления данного объема снежно ледяной массы и времени необходимого на эту операцию, эти цифры необходимы для расчета экономической эффективности машины.

Массу топлива определяем по формуле:

, кг, (1)

где − масса топлива, кг;

Q − количество теплоты необходимое для растапливания данного объема снежно - ледяной массы, Дж;

−теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Для нахождения времени необходимого на один цикл составляем уравнение теплового баланса с учетом тепловых потерь через стенки емкости, уравнение будет выглядеть так:

(2)

где − теплоемкость снега, Дж/кгград;

−масса снега, кг;

−температура снега при загрузке, град;

−температура окружающей среды, град;

−удельная теплота фазового перехода снег вода, Дж/кг;

, − соответственно толщина внутренней и наружной стенок емкости, м;

,− соответственно коэффициенты теплопроводности, Вт/(мК);

−время цикла, c;

−внутренняя площадь стенок емкости, м²;

−длина жаровых труб, м;

−коэффициент теплопроводности стенок жаровых труб, Вт/(мК);

−температура горения топлива, град;

−внутренний и наружный диаметр жаровых труб, м;

Из формулы (2) получим:

,с (3)

Количество теплоты необходимое для расплавления данной массы снега определим по формуле:

(4)

Количество теплоты (кДж), потребное на расплавление 1 м3 средней плотности снега определим по формуле:

где k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·⁰С);

- площадь поверхности цистерны, м²;

- средняя температура воды после загрузки нега,

- температура воды при погрузке снега, .

Нами подсчитано при плавлении снега с использованием автогудронатора при плотности снежной массы в 300 кг/м3 потребная энергия составит 11025.1кДж

Использование унифицированного автогудронатора позволит значительно сократить расходы связанные с вывозом снега с городских дорог, а так же увеличить сроки эксплуатации автогудронатора который работает только полгода.

3.2 Расчет элементов теплопередачи автогудронатора при плавлении снега

Одним из главных параметров при расчете теплоизоляции цистерны, определение толщины слоя изоляции по количеству теплоты, выделяемой битумом при его остывании за 1 ч не более чем на 1,5⁰С, а также количество тепла, которое может быть передано в окружающую среду через наружную поверхность цистерны при заданных условиях. Толщина слоя изоляции определяется количеством теплоты которое теряет битум при прохождении тепла через стенку цистерны.

При остывании битума за час выделенное количество тепла определяется уравнением:

(2.11)

где - масса битума, кг;

– удельная теплоемкость битума, ;

- начальная температура битума, =180;

- температура битума через 1 ч транспортирования,

.

В таблице 1 приведены теплоемкость битума в зависимости от температуры [6].

Температура битума, 0С	1.0-20	30-60	60-100	100-150	150-180
Теплоемкость, кДж/(кг·0С)	1.1-1.25	1.25-1.45	1.45-1.65	1.65-1.85	1.85-2.2

Плотность битума при 20⁰С ²⁰=1023 кг/м³ . Тогда относительная плотность составит , а приt=180 ⁰С определяем по уравнению А.К. Мановяна :

, (2.11)

Тогда масса битума составит:

, (2.12)

где - объем цистерны, по условию, .

.

Количество тепла, выделяемое при остывании битума на 1.5 ⁰С, из следует: [2]

Количество теплоты (кДж), теряемое битумом через внешнюю поверхность в окружающее пространство:

, (2.13)

где k – коэффициент теплопередачи, кВт/(м²⁰С);

– площадь поверхности цистерны, м²;

- средняя температура битума, ⁰С;

- температура наружного воздуха,

Площадь поверхности эллиптической цистерны:

, (2.14)

где - площадь эллиптических торцов цистерны, м²;

- боковая площадь цистерны, м².

, (2.15)

где a и b – полуоси эллипса торцовых днищ, м²; по условию a=0.8 м, b=0.6 м. [5]

, (2.16)

где - длина цистерны,=2.7 м по условию.