Солнечная электростанция 30кВт - бизнес под ключ за 27000$

15.08.2018 Солнце в сеть




Производство оборудования и технологии
Рубрики

Теоретичні дослідження коефіцієнта теплопередачі в системі обігріву біореакторів

Біореактор є основним споживачем енергії в конструкції БДУ. Одна з основних причин витрат тепла при роботі реактора — теплов­трати в навколишнє середовище через конструкцію стінки. Кіль­кість реакторів і їх форма робить великий вплив на величину цих тепловтрат. На практиці найбільше поширення отримали біореак — тори циліндричної форми. На сьогоднішній день вітчизняною про­мисловістю випускаються біореактори невеликої потужності, що об’єднуються за модульною схемою. Для стабільності роботи всієї установки застосовуються як мінімум два біореактора. До збіль­шення витрат тепла на власні потреби установки, ускладнення про­цесу завантаження і вивантаження, загальному подорожченню всі­єї установки та експлуатації призводить застосування БДУ на осно­ві великої кількості модулів. Такі БДУ можна застосовувати на не­великих фермерських господарствах і тваринницьких комплексах малої продуктивності — Біореактори великих обсягів виготовляють значного діаметру і порівняно невеликої висоти. Це пов’язано з тим, що основні втрати тепла проходять через циліндричні стінки біоре­актора. Питомі втрати тепла через підстави будуть значно менше з наступних причин:

^ нижня частина знаходиться на поверхні землі, яка є, додат­ковою перешкодою до поширення тепла в навколишнє се­редовище;

> внутрішня частина верхнього підстави не стикається з рід­ким субстратом, тому що реактор завантажується не на всю висоту. Тому коефіцієнт тепловіддачі усередині біореактора буде значно менше, а загальний термічний опір зросте.

Коефіцієнт теплопередачі k на примиканні труби до стінки реактора буде залежати від притискної сили і контактної пари ма­мо

image122 Подпись: (5.5)

теріалів і буде визначатися для теплового потоку спрямованого на нагрів субстрату за такою залежністю.

де атт1 — коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія внутрішньої поверхні змійовика труб, залежить від режиму руху рідини.

Для теплоносія — гарячої води:

«та = 4000 Вт/(м2-°С);

6ст. 6,,ол і 5р — товщина стінки труби теплообмінника, товщина ізоляції на розглянутому напрямів і товщина стінки реактора, відповідно, м;

‘кет, hxn і кр — відповідно, коефіцієнт теплопередачі матеріалу труб, ко­ефіцієнт теплопередачі обраною матеріалу ізоляції і коефіцієнт теплопереда­чі матеріалу стінки реактора. Вт/(м-°С);

аСув — коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки реактора субстрату. Залежить від вологості рідини, однорідності середовища, рухли­вості (швидкості перемішування), для вологості 92 % при ламінарному русі рідини (швидкості перемішування до 2 м/с); Осуб = 240 Вт/(м2 оС) [15].

У зв’язку з тим, що величини а™, Хет, ^ст> Хізол, ^Р. «суб не змі­нюються по напрямку, то залежність (5.3) можна записати у вигляді

Подпись: (5.6]k(a) = k(61Mn, S,.).

Величини 5Р і б, зол змінюються по напрямку’ по залежності

Подпись: (5.7)Подпись: cos а 6Р(«) =

(5.8)

де а — кут напрямку поширення теплового потоку; d„ — зовнішній діаметр труб системи обігріву, м.

При заміні постійних коефіцієнтів величиною С

(5.9)

Подпись: атн ^СТ «СУКimage128рівняння коефіцієнта теплопередачі буде виглядати наступним чи­ном:

d„ dH • (5.10)

8р + 2 cos а 2_ + с

7Р cosa

Для металополімерних труб величина С буде дорівнюватиме:

С = —*-+^+—!— = 0,0094.

атн ^СТ «СУБ

Подпись: а) б) Рисунок 5.7 - Зміна коефіцієнта теплопередачі і теплового потоку в залежності від напрямку кута а, для металополімерної труби: а) діаметром 14 мм, б) 32 мм

Досліджуючи рівняння (5.10), можна побудувати графік за­лежності коефіцієнта теплопередачі від кута а. На рис. 5.7 предста­влені графіки зміни коефіцієнта теплопередачі залежно від ку га a для металопластикових труб і сталевого реактора.

Підставляючи значення діаметра можна одержати залежності для різних діаметрів труб, наприклад, для dH 14 мм:

Подпись: (5.11)9,31cosa

2.177-cosa

З графіків видно, шо при значенні кута а більше 75° значення коефіцієнта теплопередачі дуже близько до нуля, незалежно від ді­аметрів труб.

Величина кута анакс, що визначає межі зони теплового потоку, спрямованого на нагрів субстрату, залежить від кроку труб і може бути представлена наступним рівнянням:

a„«e(S) = arctg^-> (5 12)

де S — крок труб системи обігріву, м.

image131 Подпись: (5.13)

До вирішення певного інтеграла (5.12) та побудові залежнос­тей коефіцієнта теплопередачі від кроку труб (рис. 5.7) зводиться визначення розрахункового (середнього) коефіцієнта теплопереда­чі, на ділянці, що дорівнює кроку труб для таких теплообмінників:

При кроці труб від 16 до 21 см середній коефіцієнт теплопере­дачі таких систем дорівнюватиме:

Подпись: S +- }k(d„,S)dS S (5.14)

image134
З графіка можна встановити, що для меншого діаметра труб коефіцієнт теплопередачі вище на певній ділянці, однак при збіль­шенні кроку діаметр труб грає істотну роль і середній коефіцієнт теплопередачі у більшого діаметра труби буде вище. Істотно на ве­личину теплового потоку впливає різниця температур теплоносія та субстрату. Різниця температур знижується у зв’язку з обмеженням температури на поверхні стінки теплообміну при застосуванні теп­лообмінника з більш високим коефіцієнтом теплопередачі.

Необхідна величина коефіцієнта теплопередачі і відповідно параметри теплообмінника визначаються після знаходження необ­хідної потужності системи обігріву, яка визначається з розрахунку допустимих витрат тепла на власні потреби.

Оставить комментарий