Расчет основных показателей ТАМ
Исходными данными расчета являются: массовый расход теплоносителя G, кг/с; промежуток времени протекания теплоносителя τ, с; масса Мm теплоаккумулирующего материала, кг; температура, теплоносителей tг вых на выходе из аккумулятора и горячего tх вх на входе в аккумулятор. Кроме того, должны были заданы тип ТАМ и вид теплоносителя.
Приведем методику расчета для теплового аккумулятора с твердым ТАМ, чаще всего, применяемым в сельском хозяйстве. В качестве теплоносителя используется газоподобная среда (как правило, воздух).
Отношение водяных эквивалентов газа и аккумулятора
(4.1)
Параметр теплопередачи
(4.2)
Относительная температура на входе
. (4.3)
Средняя относительная температура на выходе
. (4.4)
В приведённых формулах, кроме уже указанных, приняты такие обозначения:
cp – удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/ (кг∙К);
сm – удельная теплоемкость ТАМ, кДж/ (кг∙К);
a – коэффициент теплообмена, Вт/(м2∙К);
А – площадь поверхности теплоотдачи, м2;
г., х., вx., вых. – параметры теплоносителя соответственно горячего, холодного, на входе в ТАМ и на выходе из него.
Отношение водяных эквивалентов теплоносителя Wг/Wх колеблется в пределах 0,8–1,0.
Зависимость относительной температуры охлажденного теплоносителя tвых от параметра теплопередачи θ* и водяного эквивалента Wгаза и ТАМ приведена на рис. 4.1 на входе ТА с твердым ТАМ при Wг/Wх =l,0(a); Wг/Wх =0,9(б); Wг/Wх =0,8(в) и разных значениях θ* (цифры на кривых отвечают значениям θ*).
Рис. 4.1. Относительные температуры холодного теплоносителя на выходе из ТА с твердым ТАМ при Wг/Wх =l,0(a); Wг/Wх =0,9(б); Wг/Wх =0,8(в)
На рисунке обозначено: I – начальная; II – конечная; III – средняя цифра. Цифры на кривых – значения параметра теплопередачи.
Относительный параметр теплопередачи θ* представляет собой осреднённое значение передачи теплоты холодного Qх и горячего Qг газов:
. (4.5)
Необходимая площадь поверхности теплообмена равна
. (4.6)
В конце расчета определяют эффективность использования теплоаккумулирующего материала Uм и эффективность регенерации теплоты Р.
Параметр Uм равняется отношению количества теплоты, переданной газу, к максимальному количеству аккумулированной теплоты, а параметр Р – отношению количества теплоты, переданной охлажденному газу, к количеству теплоты, выданной горячим газом:
; (4.7)
. (4.8)
Обозначения к главе 4
М – массовый расход теплоносителя, кг/с;
τ – продолжительность процесса аккумулирования, с;
Мт – масса теплоаккумулирующего материала, кг;
tг вых, tх вх – температура теплоносителя, соответственно горячего и холодного, на входе в теплоаккумулятор, °С;
W – отношение водяных эквивалентов газа и аккумулятора;
tвх – относительная температура теплоносителя на входе в теплоаккумулятор, °С;
tвых – средняя относительная температура теплоносителя на выходе, °С;
сТ – удельная теплоемкость материала аккумулятора, кДж/(кг∙К);
ср – удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг∙К);
θ* – приведенный параметр теплопередачи;
θх, θг – приведенные параметры теплопередачи для холодного и горячего газов;
Uм – параметр эффективности использования теплоаккумулируемого материала;
Р – эффективность регенерации теплоты.