Расчёт керамических рекуператоров из блоков

1.2 Расчёт керамических рекуператоров из блоков

Расчет рекуператоров состоит из теплового расчета и расчета движения газов. Целью теплового расчета рекуператора является определение температуры подогрева воздуха (газа) при заданной поверхности нагрева рекуператора и начальной температуре продуктов сгорания или определение поверхности нагрева рекуператора при заданной температуре подогрева воздуха и начальной температуре продуктов сгорания.

Рассмотрим общий случай расчёта керамических рекуператоров из блоков.

Утечка воздуха в рекуператоре n=0,25, коэффициент полезного действия рекуператоров η=0,9. Коэффициент расхода воздуха в воздухе:=1.1. Действительная степень черноты стенки равна 0.8.

Проходным сечением рекуператора для воздуха задаёмся  м², для продуктов сгорания вычисляем по формулам: для первого оборота  м², для второго оборота   м², где a, b, c, d, a₁, b₁, c₁, d₁ – ширина, высота, диаметр, число для участков трассы продуктов сгорания приведены в табл. 1.1.

Объём насадки рекуператора вычисляется по формуле:

м³;

Температурами воздуха и продуктов сгорания на входе задаёмся (далее температуры имеют обозначения t”_в  ^оС, t”_д ^оС).

Среднюю теплоёмкость воздуха принимаем кДж/м³К, тогда среднюю теплоёмкость продуктов сгорания вычисляем по формуле:

;

Где i- удельная энтальпия продуктов сгорания, - количество продуктов сгорания м³/м³ газа, принимаемые по рис.1.1, а - температура перегородок при трассе продуктов сгорания, величину  находим по табл.1.1.

Количество воздуха на входе в рекуператор вычисляется по формуле:

V’_в= =V”_в(м³);

Где V”_в- расход воздуха в час на выходе из насадки, принимается по табл.1.1, n- утечка воздуха.

Количество же продуктов сгорания находим по формуле:

V’_д= V”_дV”_в  (м³);

Где V”_д- расход продуктов сгорания на входе в первую секцию рекуператора, принимаем по табл.1.1.

Нахождение температуры стенки рекуператора на входе и на выходе продуктов сгорания осуществляется соответственно по формулам:

t’_ст и t”_ст;

Где - температура воздуха на выходе в насадку, принимаем по табл.1.1.

Вычисление скоростей воздуха, приведенных  к нормальным условиям:

-  на входе по формуле  м³;

-  на выходе по формуле ;

Вычисление скоростей продуктов сгорания, приведенных к нормальным условиям:

-  на входе по формуле ;

-  на выходе по формуле ;

Где - расход продуктов сгорания на перегородках перед входом в м³/ч, принимаем по табл.1.1.

Скорости (приведенные к 0°С и 101,3 кПа) продуктов сгорания в насадке принимают 1-2 м/с при естественной тяге через дымовую трубу, 2—5 м/с при удалении продуктов сгорания дымососом. Скорость воздуха в рекуператоре при нагнетании его вентилятором или отсосе инжекционными горелками 1,5—2 м/с.

Расчёт  действительных скоростей для воздуха (м/с):

-  на входе ;

-  на выходе ;

Расчёт действительных скоростей для продуктов сгорания (м/с):

-     на входе ;

-     на выходе ;

При определении кинематического коэффициента вязкости как для воздуха, так и для продуктов сгорания значения величин принимаем по табл.1.2.

При определении числа Рейнольдса учитываем, что движение воздуха и продуктов сгорания на входе – турбулентное, воздуха на выходе – ламинарное. При турбулентном движении число Рейнольдса больше 2300, а при ламинарном меньше 2300.

При расчёте коэффициента теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²К), используем рис.1.2-1.4, учитывая суммарный коэффициент при ламинарном движении.

Эффективная длина пути луча вычисляется по формуле:

l (м);

Где - диаметр формы газового тела, принимаем по табл.1.3, - коэффициент при диаметре.

Коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания вычисляем по формуле:

α“;

При определении приведенной толщины слоя продуктов сгорания на входе и на выходе опираемся на формулы:

- на входе lβ’;

- на выходе lβ”;

Где , - поправки на коэффициент расхода воздуха соответственно на входе и на выходе, значениями поправок задаёмся.

По рис.1.5 определяем степень черноты продуктов сгорания на входе и на выходе (, ).

Зная действительную степень черноты, определение эффективной степени черноты сводится к формуле:

ε_эф=;

Коэффициент теплоотдачи к стенке рекуператора, Вт/(м²К):

- на входе =;

-на выходе = ;

Где cs – коэффициент излучения абсолютно чёрным телом.

Вычислив значения коэффициентов теплоотдачи, просуммируем их и получим суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке:

 -на входе α’_д =+;

- на выходе α”_д=;

Коэффициент теплопроводности стенки рекуператора (λ’_ш,  λ”_ш) определяем по рис.1.6.

Величину коэффициента теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху, отнесенного к единице объёма рекуператора определяем:

- на входе =;

- на выходе=;

Где p- поверхность нагрева, приходящаяся на 1 м³ объёма насадки рекуператора, - толщина стенки рекуператора, значения принимаем по табл.1.1.

Величина среднего по рекуператору коэффициента теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху, отнесенному к единице объёма рекуператора, равна (Вт/(м³К)):

 =;

Среднее количество воздуха в рекуператоре (м³/ч):

V_в=;

Масса воздуха в рекуператоре:

M=;

Относительный объём насадки рекуператора:

H =;

Определение температур нагрева воздуха и продуктов сгорания на выходе из рекуператора является основной задачей расчёта рекуператоров из блоков.

Температура нагрева воздуха:

t"_в= ύ_в ·;

Где ύ_в- относительная температура подогрева воздуха, значение определяем по рис.1.7.

Температура продуктов сгорания на выходе из рекуператора:

t”_д=;