高效干燥換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、高效換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算一、物料衡算根據(jù)武威甘鑫種業(yè)房式玉米干燥裝備，進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，以解 決去除多少水分，消耗多少干燥介質(zhì)及熱量。已知：玉米果穗90小時(shí)處理650t=650000kg1）、物料的除濕量在整個(gè)干燥過程計(jì)算中，以玉米果穗為例，干燥前玉米果穗物料的處理量 為Gi = 7222.2kg/h,經(jīng)過房式干燥線后，果穗產(chǎn)品量為G2。經(jīng)含水率測(cè)量， 干燥前果穗的濕基含水率范圍在30%WmiW35% （現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)1996年第四期房式 玉米果穗烘干裝置），計(jì)算時(shí)Wi取35%,經(jīng)房式干燥后果穗的濕基含水率為W2=18% （武威甘鑫種業(yè)提供），依據(jù)干燥過程中的玉米果穗干物質(zhì)是不變的，只有水分在變

2、 化。水分率的計(jì)算公式如下：Gi * （端9 =G2x （端空）（干燥設(shè)備計(jì)算金國(guó)淼P85）將干燥前后玉米果神的計(jì)算數(shù)據(jù)代入，可得干燥后玉米果穗的處理量， 將上式變換，在玉米果穗干燥中：r X r100 -7?22 2 X 100 - 35_ Gi X （-JQQ-） _ 7222.2 X -2100-w2100-18（-100100=5724.9 kg/h綜上述玉米果穗的脫水量為：W= Gi - G2 = 7222.2 - 5724.9 = 1497.3kg/h2）、空氣的消耗量進(jìn)出干燥房空氣濕含量:X _ Mff 0Ps一 篇（P-0Ps）當(dāng)溫度為20C時(shí)（初始濕度），x =葛X亦 W 0

3、1506kg/kg當(dāng)溫度為45c時(shí)（離開干燥房時(shí)的濕度），x = X X0. 06497kg/kg ZoUlX /1.00式中：X空氣濕含量,kg/kg;Mh、分別為液體蒸汽和絕干氣體的分子量，Mh = 18,= 29； 0濕氣體的相對(duì)濕度，飽和時(shí)0 = 100%；Ps-液體的飽和蒸汽壓，20C時(shí)查表得17.54mm Hg, 45時(shí)查表得71. 88mm Hg；尸一混合物總壓，760mm Hgo對(duì)干燥過程作水分物料衡算：LHi + GXi = LH2 + GX2則:L = G(XXz) W“2-H1 -一H1痂崇餐30000kg/h式中： L絕干空氣消耗量，kg/h：乩、此一分別為濕空氣進(jìn)、出

4、干燥房時(shí)的濕度；孰、G二一分別為濕物料進(jìn)、出干燥房時(shí)的流量，kg：Xi、X：一分別為濕物料進(jìn)、出干燥房時(shí)的干基含水量，kg 新鮮空氣用量：L =L(l + ”o)=30000X(1+0.01506) =30451. 8kg/h式中：4一空氣進(jìn)干燥房前的濕度，kg/kgo 風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量，即新鮮空氣的體積：v = L% = L(0.772 + 1.244“0)(t+273,15)P0273.15P=30000 X (0.772 + 1.244X 0.01506)(20+273.15) X101325273.15X84310=30596. 96m7h式中：外一濕空氣的比容，m3/kg；t-初始溫度，

5、取20；入一標(biāo)況下大氣壓力，101325Pa： 產(chǎn)一操作工況下大氣壓力，查夏季為84310Pa。風(fēng)機(jī)選型風(fēng)機(jī)總風(fēng)量為30596. 96n?/h,選用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，并聯(lián)后每臺(tái)風(fēng)量效率為0. 9。風(fēng)機(jī)型號(hào)：4-72-8C：流量：17463 n?/h：介質(zhì)溫度：20；全壓：2478Pa：介質(zhì)比 重：1.205 kg/ m3；主軸轉(zhuǎn)速：1600r/min；電機(jī)功率：22kw0所以選用以上兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)工作的風(fēng)量才能滿足設(shè)計(jì)要求，即每臺(tái)風(fēng)量為17463ii）3/h 才能滿足生產(chǎn)要求：物料衡算的結(jié)果，如下圖玉米果穗在干燥過程中的物料衡算圖：水 1497.3kg/h玉米果稱5724.9kg/h玉米果穗7222

6、.2kg/h房式干燥線TW60c水 2527.8 kg/h含水率18%的果穗圖1物料衡算圖（玉米果穗）二、熱量衡算干燥熱量計(jì)算按理論公式計(jì)算，計(jì)算過程中以玉米果硬為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。1、玉米果穗房式干燥過程消耗熱量計(jì)算：在玉米果穗房式干燥過程中通過換熱器的熱量需要。主要包括：蒸發(fā)玉米果穗水分耗熱 量G，廢氣帶走的熱量Q物料及其中殘余水分升溫帶走的熱量孰。分別由以下公式計(jì)算:總熱量：蒸發(fā)玉米果穗水分的熱量:Q：=Gr + CJT_t)廢氣帶走的熱量:物料、中殘余水分升溫帶走的熱量:Qi = Gc X (T - Tg) X (Cs - X2 X Cw)式中：G總脫水量,kg/h ； W產(chǎn)1497. 3 k

7、g/hr一水的氣化潛熱，kj/kg； r=2490 kj/kgT一干燥室平均溫度，C：在干燥房?jī)?nèi)：50*C T=3. 1416X0. 02=0. 0628 m2翅化比計(jì)算如下：P = (Af+Ao) /Ab=(0. 3456+0. 0565)/ 0. 0628=6. 403、翅片管排列方式對(duì)于干燥設(shè)備而言，換熱器中翅片管的排列采用義排管束等邊三角形排列，采用這種 排列，流體管外繞流時(shí)，受到的擾動(dòng)較大，換熱系數(shù)較高，但缺點(diǎn)是阻力大。干燥設(shè)備的設(shè) 計(jì)采用了義排的結(jié)構(gòu)，其S1=65mm： S2=45mmo4、流體繞流翅片管束的流動(dòng)阻力在流體繞流翅片管束的流動(dòng)阻力計(jì)算中，采用Briggs和Young的

8、實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，Briggs 和Young的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算條件如下：Re = ( dB Gmax / p ) = 2000 - 50000Pt / db = 1. 8 -4.6,此處,Pt即插圖中的S”為橫向管間距;i / db = 1. 7 -2.4由于，=噸=4.56 (1.84.6), & =20mn)U (12 -41) mm,故滿足計(jì)算要求。 丸 20，翅片管等邊三角形義排排列，其迎風(fēng)面積為3500mmX3200mm=11.2inL流過管束的空氣 流量為17463 X 0.9 X 2=31433.4m7h,該翅片管束的幾何結(jié)構(gòu)為：CPG (cp 20X2. 5/50/10/1 - Q23

9、5/A1), Sl=65mm, S2=45mmo 空氣的進(jìn)口溫度為 20C,而出口溫 度為60。(注：1個(gè)大氣壓下20c時(shí)空氣密度為1.205 kg/m3)5、計(jì)算流速：換熱器風(fēng)量是有兩臺(tái)22kw風(fēng)機(jī)并聯(lián)同時(shí)工作時(shí)的風(fēng)量，則迎風(fēng)面上空氣質(zhì)量流速：& =31433.4X1. 205/3600/11. 2=0. 94kg/m:*So最窄截面積/迎風(fēng)面積：(Pt x 1000) -(2 X 學(xué))x 1000 -XTXHX24mhi =Pf x 100065x1000-2xx1000-ixlxl 5x2N665x1000=0.615式中：人二一最窄截面積/迎風(fēng)面積，m2：K橫向管間距，mm；以一基管外

10、徑，nun：7、一翅片厚度，mm：，一翅片高度，mm。最窄迎風(fēng)面上的質(zhì)量流速：G -5nax - 0.61s0.94 0.615 =1. 53 kg/m*s6、換熱系數(shù)計(jì)算平均溫度:(20+60) /2=40,在該溫度下空氣的物性值為：密度p=1.128 kg/m3；粘 度p = 19. 15 X10-6 kg/(ms)導(dǎo)熱率：A = 0. 0276 W/(mC)普朗特?cái)?shù)：P產(chǎn) 0.699。翅片外表面的對(duì)流換熱系數(shù)：h = 0.1378 X (A) X (也衿。力8 x 鏟333 X (y年=0.1378 xX ( 0 02x1-53 )0 718 x O.6990-333 x (與690.0

11、2119.15x10-6/15/=28. 98 w/(m：*)式中：h 一翅片外表面的對(duì)流換熱系數(shù)，w/(m2-)；丫一翅片間隙，mm：h0 -為以光管外表面積為基準(zhǔn)的對(duì)流換熱系數(shù)，它代表加裝翅片以后的總效果；h. = hX( A. + Af Xq )/Aj由于設(shè)計(jì)的翅片管 V53-削敲 1517 2n服123455789101112肝的收i（T）-6.9-2.35.211.fi16.620.J22.221158941.7-55林i肝加州踹8.17811.65514.8311856321.20822.38920.40618.99414,378122829.2H7.326嫦肝斕煙11,31214

12、.78916.15218.12819.21619.55318,01618.15115.3761520712.60010.695月睫楠162.2185.5202232253.8242.3252.8248.9197.7192.6180.8157.7（3）本地區(qū)的月口均總輻照量和年口均總輻照量省保瓢名稱1斤2月，3月，月，5年6月，叫8月。9年1D月.11 &12將罐(X(Jn2a都臨璉（MJn2）證幸知11.3L14.79-16.15.1113.19.22.19.55.18.02.18.15.15.315.2112.60.10. ?05755.0515.110.63.8.16.13.18.57.1

13、9.30.20. 7a22.07.21JL20.4L21JL21.73.21.79-18.64.15.8&7241. (19.84.0.6-0.8.17 .218.5&17,95.18.00.19.16.18.87.17.8L11.9217.65.18.30.17.2b16.2?6558.65179.0.6-0.8-.真空管集熱器的采光面積計(jì)算國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范GBT18713-2002及民 用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB5O3642005第4. 4. 2條規(guī)定，直接系統(tǒng)集熱器總面積可根據(jù)用戶的每日用水量和用水溫度確定，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算采光面積，一般按下式計(jì)

14、 算:A - QwGvCnd - ) fA J”7cdO 一 %)14175.88X4.18X(70-15)X0.614 952x0.5X(1-0.2):326.9 m其中:Q總TdOCw(tendTh)6666209X16 ;-=14175. 88kg 90X4.18X(70-50)A一直接系統(tǒng)集熱器采光面積，肝；Qb口均用熱水量，kg：Td日工作小時(shí)，取16h；D 一處理果穗總需時(shí)間，h；tend一一貯水箱內(nèi)水的設(shè)計(jì)溫度，；5一回路水溫度，：Cw水的定壓比熱容，4.18KJ/ (kg)；ti水的初始溫度，C；Jt當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄谔?yáng)輻照量，取14.952MJ/nf ；f一一太陽(yáng)

15、能保證率，:根據(jù)系統(tǒng)使用期內(nèi)的太陽(yáng)輻照、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性及用戶要求等因素綜 合考慮后確定，宜為30%80%：久d一一集熱器的年平均集熱效率；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值宜為0.250.50,具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)集熱器 產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)試結(jié)果而定：九一一貯水箱和管路的熱損失率：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)宜取值為0.200.30。為使系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)可使用興事發(fā)牌(P 5夕2100/40真空管集熱模塊工程共需44塊，每塊 7.65m2,共計(jì)采光面積約為336.6m2。五、管網(wǎng)計(jì)算1.流量計(jì)算熱水系統(tǒng)循環(huán)流量：q = 4cQs=336.6x0.01= 12U7.6L/11式中：q 一循環(huán)流量，L/11；Qs 一集熱循環(huán)流量，由;太陽(yáng)輻照量的不確定性，太

16、陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的集熱循環(huán)流量 一般按照每平方米集熱器的流量為0.010.02L/s考慮；對(duì)于真空管太陽(yáng)能集熱器可取低值，對(duì)于平板太陽(yáng)能集熱器取高值。假設(shè)，集熱循 環(huán)流量取50L/ (h-m2),太陽(yáng)能集熱器的總集熱面積為1001/,經(jīng)計(jì)算集熱器循環(huán)流量為 5000L/ho水泵的流量選擇應(yīng)使水泵的工作流量在計(jì)算的集熱循環(huán)流量附近。4一太陽(yáng)能集熱器的總集熱面積，m2o循環(huán)管及給水網(wǎng)管徑確定：dj=巨_ 限33661戶-yj 3.14X1.5=5.3X102m式中：q設(shè)計(jì)流量，m3/s;4一管道計(jì)算內(nèi)徑，m；v訪廿索，m/So上式流速的確定，根據(jù)我國(guó)建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB500152009中規(guī)定，通過

17、技術(shù)經(jīng) 濟(jì)分析來選用。給水管道的水流速度公稱直徑（mm）15-2025-4050-70280水流速度（m/s）W1.0環(huán)。水箱的貯熱總?cè)莘e:1.163z；(tr-t/l)pr(92.74-64.92)x16”“=Zl.zo m1.163X0.9X20X1式中：一貯熱總?cè)莘e，m3：“一有效貯熱容積系數(shù)，取0.9：T-設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間，取16h。蓄熱時(shí)間校核:T21.163Vr(tr-th)pr1.163X21.26X20 =7. olh64.92滿足要求。貯熱時(shí)間校核:丁。= =推=30 八九、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池板與蓄電池容量的計(jì)算在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇既經(jīng)濟(jì)乂可靠的太陽(yáng)能電池板和蓄 電池。既要防止太陽(yáng)能電池板和蓄電池在陰雨天容量不夠，達(dá)不到供電目的，乂要避免容量 過大，造成浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)時(shí)，一般來說，首先要明確最終負(fù)載的輸入要求，如電壓、電 流或者電功率及每日的持續(xù)工作時(shí)間。如有多個(gè)負(fù)載，則累計(jì)總的耗電量。假如負(fù)載有兩個(gè), 分別耗電為Fl, F2瓦，每天分別工作時(shí)間T1,T2小時(shí)，則一天消耗總能量為Q=F1