где G
Общее количество загруженных одновременно в макароноварку пельменей.
Среднюю теплоемкость смеси, т.е. пельменей можно принять равной 1,68 кДж/кг0
С
tСМ
– начальная средняя температура загружаемых пельменей составляет –180
С
п
= 
=0,85.
(40-3,92)/1,37=22,38
G
СМ
=
13порций.
1кг=13кг
Q1
¢¢ =22,38кг.
1,68.
103
Дж/кг0
С(1000
С+180
С)+0,34кг.
2258,2.
103
Дж/кг =3344908Дж=3344,91кДж
2.1.2. Определение потерь тепла в окружающую среду
Для определения потерь тепла макароноварки в окружающую среду при нестационарных и стационарных режимах можно воспользоваться следующей формулой:
, (2.1.9.)
где 
- потери тепла через стенки макароноварки в окружающую
среду, кДж;
- потери тепла через крышку макароноварки в окружающую
среду, кДж;
- потери тепла через дно макароноварки в окружающую среду, кДж.
Теплопотери через дно незначительны, поэтому при расчете не учитываются.
Потери тепла определяются по формуле:
Q
2
= 
; (2.1.10.)
где F
– поверхность ограждения (крышка, стенки), м2
;
a
0
– коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2
час. 0
С;
t
п
– средняя температура поверхности ограждения, 0
С;
t
0
– температура окружающей среды, 0
С;
t
- продолжительность периода варки в часах.
В процессе отдачи тепла ограждением котла имеет место теплоотдача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле:
a
0
=
a
к
+
a
л
,
(2.1.11.)
где a
к
– коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м2
час0
С;
a
л
– коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, кДж/м2
час0
С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при вынужденном или свободном движении воздуха, относительно теплоотдающей поверхности.
Надо помнить, что при вынужденном движении коэффициент теплоотдачи определяется при помощи критерия Рейнольдса Re
и Прандтля Pr
. Первый из них характеризует динамику потока, второй – физические константы рабочего тела.
Необходимо знать, что отдача тепла стенками аппарата в окружающую среду происходит при свободном движении воздуха, поэтому определяющими являются критерии Грасгофа Gr
и Прандтля Pr
. Первый характеризует интенсивность конвективных потоков, возникающих вследствие разностей плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ними и стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей поверхности.
На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu
, включающий значение коэффициента теплоотдачи конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие.
Указанные критерии имеют следующий вид:
Re
=
;
Pr
=
;
Gr
=
;
Nu
=
;
где а
– коэффициент температуропроводности воздуха, м2
/с;
g
– ускорение силы тяжести, м/с2
;
l
-
коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м0
С;
b
- коэффициент объемного расширения воздуха, I/0
С;
b
= 
,
(2.1.12.)
a
к
– коэффициент теплоотдачи конвекцией. Вт/м2
×0
С;
l
– определяющий геометрический размер, м;
v
– коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2
/с;
D
t
– перепад температур между ограждением и воздухом
. (2.1.13.)
При свободной конвекции в неограниченном пространстве критериальное уравнение имеет вид:
Nu = c(Gr×Pr)n
, (2.1.14.)
Величины с
иn
для отдельных областей изменения произведения (Gr×Pr) можно принять из таблицы 2.1.:
Таблица 2.1.
| Gr×Pr |
с |
п |
1×10-3
- 5×102
5×102
- 2×107
2×107
- 1×1013
|
1,18
0,54
0,135
|
1/8
¼
1/3
|
Определяющим геометрическим размером при этом может являться диаметр котла или высота ограждения.
Определяющей температурой является полусумма температур рабочего тела (воздуха) и стенки.
Например, средняя температура одностенной крышки котла к концу разогрева составляла 900
С, а начальная температура ее была 200
С, тогда средняя температура крышки в период разогрева будет равна:
,
а определяющая температура воздуха вблизи крышки:
0,5(55+20)=37,50
С.
По величине определяющей температуры воздуха выбирают по таблице физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности а
, коэффициент теплопроводности l
, коэффициент кинематической вязкости v
, затем находят произведение (
Gr
×
Pr
)
, с
и n
и численную величину критерия Nu
По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией
, (2.1.15.)
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием a
л
определяется по формуле Стефана-Больцмана:
a
л
= 
, (2.1.16.)
где Е
– степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов
С0
– коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м2
×К4
); С0
= 5,67 Вт/(м2
×К4
);
t
п
– средняя температура теплоотдающей поверхности, 0
С;
t
0
– температура окружающего поверхность воздуха, 0
С;
Тп
– абсолютная температура поверхности ограждения, К
Тп
= t
п
+273
Т0
– абсолютная температура окружающей среды, 0
К
Т0
=
t
0
+
273
Нестационарный режим.
Для расчета потерь тепла в окружающую среду можно пользоваться формулой:
, (2.1.17.)
где t
¢
- время разогрева аппарата, час;
- коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2
час0
С;
- средняя температура поверхности ограждения за время разогрева, 0
С
, (2.1.18.)
t
К
–температура поверхности ограждения к концу разогрева, 0
С;
t
Н
– начальная температура поверхности ограждения принимается равной температуре окружающей среды, 0
С.
Температуру отдельных поверхностей макароновареи к концу разогрева можно принять:
а) для стен t
к
= 60 – 650
С;
б) для одностенной крышки макароноварки t
к
= 85 – 900
С;
в) для двухстенной крышки макароноварки t
к
= 70 –750
С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией определяющая температура для воздуха, окружающего корпус (ограждение) будет равна:
, (2.1.19.)
1. Потери через крышку
0,5 (550
С+200
С)=37,50
С – это определяющая температура воздуха вблизи крышки, по ней принимаем следующие величины:
а=
2,43.
10-3
м/с; v
=
16,96.
10-4
м/с
l
=
0,0276 Вт/м.
0
С=0,0276Дж/см.
0
С =99,4Дж/ч.
м.
0
С
Pr
=
16,96.
10-4
м/с/2,43.
10-3
м/с=0,69
b
= 
=
1/273+550
С-200
С=0,00325
Gr
=
=
0,00325.
9,8Н/кг.
(0,7)3
м /(16,96.
10-4
м/с)2.
550
С-200
С=13,3.
104
(
Gr
×
Pr
)
=(13,3.
104.
0,69)=9,2.
104
Nu
=
0,54(13,3.
104.
0,69)1/4
=9,4
=9,4.
99,44Дж/ч.
м.
0
С/0,7м=1334,8Дж/м2
ч.
0
С=1,3кДж/м2.
ч.
0
С
С0
=5,67Вт(м2.
К4
)=5,67Дж/с.
м2
К4
=20412Дж/м.
ч.
К4
a
л
=
=0,52.
20412Дж/м.
чК4
/
550
С-200
С.
( (
550
С+273/100)4
-(200
С+273/100)4
)=12750Дж/м2
ч.
0
С=12,753кДж/м2
ч.
0
С
a
0
=
a
к
+
a
л
=
1334,8 Дж/м2
ч.
0
С+12750Дж/м2
ч.
0
С =14084,8Дж/м2
ч.
0
С=14,1кДж/м2
ч.
0
С
=
14084,8Дж/м2
ч.
0
С.
0,7м.
0,42м.
(
550
С-200
С).
0,25ч=36233,15Дж=36,2кДж
Стационарный режим
При стационарном режиме потери тепла в окружающую среду определяется:
, (2.1.20.)
где 
- коэффициент теплоотдачи при стационарном режиме от поверхности в окружающую среду, кДж/м2
час0
С;
- средняя температура поверхности ограждения при стационарном режиме, 0
С;
»const для данной поверхности; принять равной температуре отдельных поверхностей к концу разогрева t
к
;
t
¢¢
- продолжительность стационарного режима варки, час.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяющая средняя температура воздуха, соприкасающегося с ограждением, будет равна:
, (2.1.21.)
При этой температуре для стационарного режима выбираю физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности a
, коэффициент теплопроводности l
, коэффициент кинематической вязкости v
, затем определяют произведение (Gr
×
Pr
), величины с
и n
и численную величину критерия Nu
.
По значению критерия Nu
при стационарном режиме определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией 
, (2.1.22.)
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием a
л
определяется по формуле Стефана-Больцмана:
=
2. Потери через крышку
=900
С;
=0,5(900
С+200
С)=550
С, тогда
а=
2,71.
10-3
м/с; v
=
18,97.
10-4
м/с
l
=
0,0291 Вт/м.
0
С =0,0291Дж/с.
м.
0
С =104,76Дж/ч.
м.
0
С
Pr
=
18,97.
10-4
м/с/2,71.
10-3
м/с=0,7
b
=
=
1/273+900
С-200
С=0,00292
Gr
=
=
0,00292.
9,8Н/кг.
(0,7)3
м /(18,97.
10-4
м/с)2.
900
С-200
С=19.
104
(
Gr
×
Pr
)
=(19.
104.
0,7)=13,3.
104
Nu
=
0,54(13,3.
104.
0,7)1/4
=10,3
=10,3.
104,76Дж/ч.
м.
0
С/0,7м=1541,5Дж/м2
ч.
0
С=1,5кДж/м2.
ч.
0
С
С0
=5,67Вт(м2.
К4
)=5,67Дж/с.
м2
К4
=20412Дж/м.
ч.
К4
a
л
=
=0,52.
20412Дж/м.
чК4
/
900
С-200
С.
( (
900
С+273/100)4
-(200
С+273/100)4
)=15152,6Дж/м2
ч.
0
С=15,2кДж/м2
ч.
0
С
a
0
=
a
к
+
a
л
=
1541,5 Дж/м2
ч.
0
С+15152,6Дж/м2
ч.
0
С =16694,1Дж/м2
ч.
0
С=16,7кДж/м2
ч.
0
С
=
16694,1Дж/м2
ч.
0
С.
0,7м.
0,42м.
(
900
С-200
С).
0,12ч=41227,75Дж=41,2кДж
1.Потери тепла через стены при нестационарном режиме
=600
С+200
С/2=400
С
0,5 (400
С+200
С)=300
С – это определяющая температура воздуха вблизи стен, по ней принимаем следующие величины:
а=
2,29.
10-3
м/с; v
=
16.
10-4
м/с
l
=
0,0268 Вт/м.
0
С=0,0268Дж/см.
0
С =96,48Дж/ч.
м.
0
С
Pr
=
16.
10-4
м/с/2,29.
10-3
м/с=0,69
b
=
=
1/273+400
С-200
С=0,0034
Gr
=
=
0,0034.
9,8Н/кг.
(0,7)3
м /(16.
10-4
м/с)2.
400
С-200
С=8,9.
104
(
Gr
×
Pr
)
=(8,9.
104.
0,69)=6,1.
104
Nu
=
0,54(8,9.
104.
0,69)1/4
=8,5
=8,5.
96,48Дж/ч.
м.
0
С/0,7м=1171,5Дж/м2
ч.
0
С=1,2кДж/м2.
ч.
0
С
С0
=5,67Вт(м2.
К4
)=5,67Дж/с.
м2
К4
=20412Дж/м.
ч.
К4
a
л
=
=0,52.
20412Дж/м.
чК4
/
400
С-200
С.
( (
400
С+273/100)4
-(200
С+273/100)4
)=11823,6Дж/м2
ч.
0
С=11,8кДж/м2
ч.
0
С
a
0
=
a
к
+
a
л
=
1171,5 Дж/м2
ч.
0
С+11823,6Дж/м2
ч.
0
С =12995,1Дж/м2
ч.
0
С=12,99кДж/м2
ч.
0
С
Gr
=
=
0,0034.
9,8Н/кг.
(0,42)3
м /(16.
10-4
м/с)2.
400
С-200
С=1,9.
104
(
Gr
×
Pr
)
=(1,9.
104.
0,69)=1,3.
104
Nu
=
0,54(1,9.
104.
0,69)1/4
=5,8
=5,8.
96,48Дж/ч.
м.
0
С/0,7м=1332,3Дж/м2
ч.
0
С=1,3кДж/м2.
ч.
0
С
С0
=5,67Вт(м2.
К4
)=5,67Дж/с.
м2
К4
=20412Дж/м.
ч.
К4
a
л
=
=0,52.
20412Дж/м.
чК4
/
400
С-200
С.
( (
400
С+273/100)4
-(200
С+273/100)4
)=11823,6Дж/м2
ч.
0
С=11,8кДж/м2
ч.
0
С
a
0
=
a
к
+
a
л
=
1332,3 Дж/м2
ч.
0
С+11823,6Дж/м2
ч.
0
С =13155,9Дж/м2
ч.
0
С=13,2кДж/м2
ч.
0
С
=12995,1Дж/м2
ч.
0
С.
0,7м.
0,2м.
(
400
С-200
С).
0,25ч=9096,6Дж=9,1кДж
Одинаковых стен по площади 2, следовательно
9096,6Дж.
2=18193,2Дж=18,2кДж
=13155,9Дж/м2
ч.
0
С.
0,42м.
0,2м.
(
400
С-200
С).
0,25ч=5525,5Дж=5,5кДж
Одинаковых стен по площади 2, следовательно
5525,5Дж.
2=11051Дж=11,1кДж
=18193,2Дж+11051Дж=29244,2Дж=29,2кДж
2.Потери тепла через стены при стационарном режиме
=600
С; 
=0,5(600
С+200
С)=400
С, тогда
а=
2,43.
10-3
м/с; v
=
16,96.
10-4
м/с
l
=
0,0276 Вт/м.
0
С =0,0276Дж/с.
м.
0
С =99,36Дж/ч.
м.
0
С
Pr
=
16,96.
10-4
м/с/2,43.
10-3
м/с=0,698
b
=
=
1/273+600
С-200
С=0,0032
Gr
=
=
0,0032.
9,8Н/кг.
(0,7)3
м /(16,96.
10-4
м/с)2.
600
С-200
С=15.
104
(
Gr
×
Pr
)
=(15.
104.
0,698)=11.
104
Nu
=
0,54(15.
104.
0,698)1/4
=9,7
=9,7.
99,36Дж/ч.
м.
0
С/0,7м=1376,8Дж/м2
ч.
0
С=1,4кДж/м2.
ч.
0
С
С0
=5,67Вт(м2.
К4
)=5,67Дж/с.
м2
К4
=20412Дж/м.
ч.
К4
a
л
=
=0,52.
20412Дж/м.
чК4
/
600
С-200
С.
( (
600
С+273/100)4
-(200
С+273/100)4
)=13072,3Дж/м2
ч.
0
С=13,1кДж/м2
ч.
0
С
a
0
=
a
к
+
a
л
=
13072,3Дж/м2
ч.
0
С+1376,8Дж/м2
ч.
0
С=14449,1 Дж/м2
ч.
0
С=14,4 кДж/м2
ч.
0
С
Gr
=
=
0,0032.
9,8Н/кг.
(0,42)3
м /(16,96.
10-4
м/с)2.
600
С-200
С=3,2.
104
(
Gr
×
Pr
)
=(3,2.
104.
0,698)=2,2.
104
Nu
=
0,54(3,2.
104.
0,698)1/4
=6,6
=6,6.
99,36Дж/ч.
м.
0
С/0,42м=1561,4Дж/м2
ч.
0
С=1,6кДж/м2.
ч.
0
С
С0
=5,67Вт(м2.
К4
)=5,67Дж/с.
м2
К4
=20412Дж/м.
ч.
К4
a
л
=
=0,52.
20412Дж/м.
чК4
/
600
С-200
С.
( (
600
С+273/100)4
-(200
С+273/100)4
)=13072,3Дж/м2
ч.
0
С=13,1кДж/м2
ч.
0
С
a
0
=
a
к
+
a
л
=
13072,3Дж/м2
ч.
0
С+1561,4Дж/м2
ч.
0
С=14633,7 Дж/м2
ч.
0
С=14,6 кДж/м2
ч.
0
С
=14449,1Дж/м2
ч.
0
С.
0,7м.
0,2м.
(
600
С-200
С).
0,12ч=9709,8Дж=9,7кДж
Одинаковых стен по площади 2, следовательно
9709,8Дж.
2=19419,6Дж=19,4кДж
=14633,7Дж/м2
ч.
0
С.
0,42м.
0,2м.
(
600
С-200
С).
0,12ч=5900,31Дж=5,9кДж
Одинаковых стен по площади 2, следовательно
5900,31Дж.
2=11800,62Дж=11,8кДж
= 19419,6Дж+11800,62Дж=31220,22Дж=31,2кДж
2.1.3.Определение расхода тепла на разогрев конструкции
Для выполнения расчета расхода тепла на разогрев конструкции последней ведется только для нестационарного режима работы аппарата. Надо помнить, что расход тепла на разогрев конструкции макароноварки определяется выражением:
, (2.1.23.)
где 
- тепло, расходуемое на нагревание металлических конструкций макароноварки, кДж;
-
тепло, расходуемое на нагревание изоляции макароноварки, кДж;
, (2.1.24.)
где Gmi
– масса i
-го элемента металлической конструкции (крышка,
перфорированная поверхность, внутренний котел и т.п.), кг.
Для каждого элемента вес рассчитывается по формуле
, (2.1.25.)
где Vi
– объем элемента i
-ой конструкции, м3
;
r
i
– плотность материала элемента конструкции, кг/м3
;
cmi
– удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×0
С). Значение плотностей и удельных теплоемкостей отдельных материалов приведены в приложении В.
Tmi
– средняя конечная температура нагрева металлоконструкции котла, 0
С.
t
0
– начальная температура металлоконструкции котла, 0
С.
содержание ..
76
77
78 ..