Раздел 3. Конструктивный расчет

Конструктивный расчет позволяет определить размеры основных конструктивных элементов аппарата – рабочей камеры, теплогенерирующего и теплопередающего устройства, теплоизоляции, общие габариты аппарата.

Форма рабочей камеры определяет качество готового продукта и удобство его приготовления.

Теплопередающие устройства в аппаратах с косвенным обогревом предназначены для передачи энергии от источника к продукту посредством промежуточного теплоносителя.

3.1. Масса единовременной загрузки, кг

11,1 кг.

3.2. Общая масса загружаемых продуктов M, кг

3.3. Объем рабочей камеры V_рк, м³

3.4. Диаметр рабочей камеры D_рк, м

3.5. Высота рабочей камеры H_рк, м

м

3.6. Площадь основания рабочей камеры F_рк, м²

м²

3.7. Диаметр масляной рубашки D_р, м

D_p=D_pk+2S_p+2S₂=0,56+2*0,02+2*0,002= 0,604 м

3.8 Высота масляной рубашки H_p, м

H_p=H_pk+S_p+S₂=0,08+0,02+0,002=0,102 м

3.9. Объем промежуточного теплоносителя V_пт, м³

вапор: V_пт=0,007 м³

3.10. Поверхность теплопередачи теплоты к продукту F_тп, м²

0,25*0,8=0,2 м²

3.11. Коэффициент теплоотдачи α_i (i = 3;4), Вт/м²∙К

Для нестационарного режима:

- для вертикальной поверхности:

α₄=9,74+0,07(t₄-t_в)=9,74+0,07(308-293)=10,79 Вт/м²∙К

- для гориз. поверхности:

α₃=1,3[9,74+0,07(t₃-t_в)]=1,3[9,74+0,07(308-293)]=14,027 Вт/м²∙К

Для стационарного режима:

- для верт. поверхности:

α₄=9,74+0,07(t₄-t_в)=9,74+0,07(323-293)=11,84 Вт/м²∙К

- для гориз. поверхности:

α₃=1,3[9,74+0,07(t₃-t_в)]=1,3[9,74+0,07(323-293)]=15,39 Вт/м²∙К

Температура t_i:

- для нестационарного режима

- для стационарного режима

50

3.12. Толщина теплоизоляции S₅, м

3.13 Наружный диаметр аппарата D, м

D=D_pk+2(S_p+S₅+S₂+S₄)=0,56+2*(0,02+0,03+0,002+0,001)=0,67 м

3.14. Высота аппарата H, м

0,08+0,02+0,03+0,002+0,001+0,02==0,153 м

3.15. Длина аппарата L, м

0,56+2(0,02+0,03+0,002+0,001)=0,67 м

3.16. Ширина аппарата B, м

0,67м

3.17. Площадь поверхности теплоотдачи в окружающую среду F_i, м²

- боковая поверхность: =3,14*0,67*0,153=0,32 м²

- крышка: 3,14*0,67²/4=0,35м²

Таблица 4

Расчетный параметр	Значение
Высота рабочей камеры НРК, м	0,08
Диаметр рабочей камеры DРК, м	0,56
Толщина теплоизоляции S5, м	0,03
Высота аппарата H, м	0,153
Длина аппарата L, м	0,67
Ширина аппарата В, м	0,67
Толщины рубашки S2, м	0,002

Раздел 4. Тепловой расчет сковороды

Целью теплового расчета является:

• расчет составляющих уравнения теплового баланса;

• определение мощности нагревательных элементов;

• определение коэффициента полезного действия аппарата.

Общий вид уравнения теплового баланса:

где Q_затр – общее количество энергии, затраченной при работе теплового аппарата, Вт;

Q_пол – полезная энергия, энергия, затраченная на нагрев продукта, Вт;

Q_пот – потери энергии, т.е. затраты энергии, не связанные с тепловой обработкой продукта, Вт.

Тепловой баланс составляется для двух периодов работы аппарата: нестационарного (периода выхода на заданный режим) и стационарного (период тепловой обработки продуктов).

Уравнения теплового баланса для сковороды:

- режим нестационарный:

- режим стационарный:

где Q₁¹ – затраты энергии на нагрев продуктов, кВт;

Q₁² – затраты энергии на испарение влаги из продукта, кВт;

Q₂ – потери энергии на нагрев аппарата, кВт;

Q₃ – потери энергии в окружающее пространство, кВт;

Q₄¹ – потери энергии на нагрев промежуточного теплоносителя аппарата, кВт;

4.1. Q₁ - полезные затраты энергии, кВт

2,73+3,1+0,22=6,05 кВт

Нагрев продукта Q₁¹

11,1*3,2*(100-10)/21*60+1,23*2,14*(100-10)/21*60=2,73 кВт

Испарение влаги из продукта Q₁²

0,01*16*11,1*2200(1/*1260)=3,1кВт

Образование корочки продукта Q₁³, кВт

=0,01*15*11,1*1,67*(120-20)/60*21=0,22 кВт

4.2. Q₂ – нагрев конструктивных элементов, кВт

=5,2+1,28+2,28+0,13+0,12=9,01 кВт

Масса отдельного элемента конструкции:

4.2.1. Рабочая камера:

кВт

4.2.2. Рубашка:

=3,14*0,302²+2*3,14*0,302*0,102=0,479 м²

4.2.3. Крышка:

4.2.4. Кожух:

4.2.5. Теплоизоляция:

4.3. Q₃ – потери в окружающее пространство, кВт

4.3.1. Q₃¹ – потери конвекцией, кВт (i = 3;4)

-для горизонтальной поверхности (нестационарный режим):

кВт

-для горизонтальной поверхности (стационарный режим):

кВт

-для вертикальной поверхности (нестационарный режим):

кВт

- для вертикальной поверхности (стационарный режим):

кВт

4.3.2. Q₃²– потери излучением, кВт (i = 3;4)

-для горизонтальной поверхности (нестационарный режим):

0,02 кВт

-для горизонтальной поверхности (стационарный режим):

0,05 кВт

-для вертикальной поверхности (нестационарный режим):

0,02 кВт

- для вертикальной поверхности (стационарный режим):

0,05 кВт

=0,3 кВт

= 0,23 кВт

4.4. Q₄¹ – нагрев промежуточного теплоносителя, кВт:

5,09 кВт

Энергозатраты нестационарного режима:

=9,01+0,16+5,09=14,26 кВт

Энергозатраты стационарного режима:

=2,73+3,1+0,22+0,37=6,42 кВт

Коэффициент полезного действия аппарата:

29,3%

Расчетные данные затрат тепла на нагрев конструктивных элементов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Расчет затрат тепла на нагрев конструктивных элементов

i	Элемент конструкции	Fi, м2	Si, м	Vi, м3	ρi, кг/м3	Gi, кг	Ci, кДж/кг∙℃	tiк, ℃	tiн, ℃	Q2i, кВт
1	Рабочая камера	0,39	0,01	0,0039	7900	30,81	0,462	240	20	5,2
2	Рубашка	0,479	0,002	0,00096	7900	7,58	0,462	240	20	1,28
3	Крышка	0,35	0,02	0,007	1200	8,4	1,3	50	20	2,28
4	Кожух	0,73	0,001	0,00073	7900	5,77	0,462	50	20	0,13
5	Теплоизоляция	0,73	0,03	0,02	30	0,6	0,92	145	20	0,12
Итого		G=53,16					Q2=9,01

Расчетные данные расхода тепла энергии котла сведены в таблицу 6.

Расход энергии теплового аппарата

Таблица 6

Составляющие теплового баланса			Режим работы
			Нестационарный	Стационарный
1			2	3
Q1	Q11	Нагрев продукта, кВт	-	2,73
	Q12	Испарение влаги, кВт	-	3,1
	Q13	Образование корки, кВт	-	0,22
Q2	Нагрев конструкционных элементов, кВт		9,01	-
Q3	Потери в окружающее пространство, кВт		0,169	0,37
Q4	Q41	Нагрев промежуточного теплоносителя, кВт	5,09	-
Итого, Qзатр кВт			14,26	6,42
КПД режима			42,4	93,7
КПД			29,3