Расчет электроконвектора

На основании приведенных  выше относительных соотношений  определяют:

шаг навивки спирали 

, (5)

(м),

диаметр витка спирали 

, (6)

(м),

расстояние между осями  отдельных спиралей

, (7)

(м).

Так как Р = 1,25 кВт , выбераем  z₁=2.

При расчете (5) и (6) отношения  и вначале принимают средними из рекомендованных выше значений.

Число горизонтальных участков спирали определяется желательной  длиной прибора, а число вертикальных рядов - желательной шириной.

На основании опыта  конструирования электроконвекторов во ВНИИЭТО [2] можно рекомендовать  следующее соотношение между номинальной мощностью прибора Р и числом вертикальных рядов спирали нагревателя z₁:

Р, кВт  0,5–0,8 1,0; 1,25...1,6;  2,0

        1   2  ………..        3

Обычно вертикальные ряды спиралей соединяют между собой  параллельно.

Число горизонтальных участков спирали в пределах одной ее ветви  длиной L₁ можно найти из соотношения:

 (8)

где длина нагревателя  может предварительно приниматься в пределах 0,4–0,5 м для мощностей 0,5–1,25 кВт и 0,6–0,7 м для мощностей 1,6 и 2 кВт. Принимаем (м).

Найденное по (8) значение округляют до целого числа, после чего производят окончательную корректировку параметров спирали. Расстояние от крайних спиралей до стенок корпуса или экранов рекомендуется выбирать не менее 8-10 мм, так как спирали со временем немного провисают и при слишком малых зазорах могут коснуться корпуса при случайном встряхивании или опрокидывании прибора.

Ширину нагревателя, м, вычисляют по формуле:

. (9)

(м),

где меньшие значения относятся к шахматному расположению нагревателя, а большие - к коридорному (рис. 5); - диаметр отверстий под спираль, м:

, (10)

(м).

Окончательный выбор  значений и производят после излагаемого ниже теплового и аэродинамического расчетов электроконвектора, а также с учетом технико-экономических и эстетических соображений.

 

3.2. Тепловой и аэродинамический  расчеты

электроконвектора.

Определив по методике п.3.1 предварительные габаритные размеры  нагревателя  и , находят внутренние размеры корпуса электроконвектора.

Длину корпуса  выбирают обычно больше длины нагревателя на 50–100 мм в основном из-за переключателя и клеммной коробки,

(м).

Ширину корпуса b выбирают по конструктивным соображениям: как правило, она превышает на 12–14 мм для обеспечения зазора между экраном и корпусом.

(м).

Наиболее  важным является определение высоты корпуса h, от которой зависит тяга электроконвектора, расход воздуха и его температура на выходе. Расчетной служит высота h₀ - от середины нагревателя до выходного сечения (рис.4). Полную высоту корпуса h выбирают больше расчетной высоты на Dh=80¸120 мм.

Основным параметром электроконвектора является температура выходящего воздуха, поэтому цель расчета состоит в установлении зависимости между этой температурой и остальными параметрами.

При установившемся режиме электрические, геометрические, аэродинамические и тепловые параметры электроконвектора связаны с уравнениями общего и внутреннего баланса теплоты, баланса напора, неразрывности и состояния. Решение этой системы уравнений приводят к виду [6]:

. (11)

где Р - потребляемая мощность электроконвектора, Вт;

 Вт/м^2,5;

 Вт/м²;

, Вт/м²;

 Вт/м²;

Т₁ и Т₂ - соответственно входная и выходная температуры воздуха, К;

°С;

- плотность окружающего воздуха, кг/м³ ( =1,205кг/м³);

- средняя удельная теплоемкость воздуха в интервале Dt=DT, Дж/(кг×°С),  =1000 Дж/(кг×°С);

S - площадь поперечного незагроможденного сечения корпуса;

- осредненная степень черноты  поверхности прибора (обычно близка  к 0,9);

- степень черноты нагревательного  элемента (обычно близка к 0,85-0,9);

- приведенный коэффициент гидравлического  сопротивления всего прибора (в большинстве случаев равен 14-18, за исключением сложных схем движения воздуха ; - сумма гидравлических потерь по тракту движения воздуха, м);

- плотность воздуха при средней температуре в приборе, кг/м³;

- средняя скорость воздуха, м/с, ;

- соответственно боковая и  верхняя поверхности прибора, поверхность нагревательного элемента и суммарная площадь входных и выходных отверстий, м².

Расчет по (11) в зависимости  от исходных условий и целей возможен в двух направлениях (проектный и  проверочный расчет).

При проектировании электроконвектора задаются предельно  допустимой температурой , в связи с чем все температурные функции в левой части уравнения (11) превращаются в постоянные коэффициенты, а переменными величинами становятся геометрические параметры и зависящий от них приведенный коэффициент гидравлического сопротивления .

Удобнее в качестве независимых  переменных оперировать с линейными  размерами корпуса: высотой  м, шириной b и длиной l. Далее введем отношение , которым можно задаваться с достаточной определенностью, принимая меньшие значения для штампованных решеток и большие - для прутковых решеток и сеток. Пренебрегая разницей между внутренними и наружными размерами корпуса ввиду относительно малой толщины стенок, получаем с учетом принятого выше:

Поверхность нагревательного  элемента F_н на данном этапе расчета может быть оценена удельной поверхностной мощностью нагревательного элемента , зависящей от его типа и рабочей температуры. Для открытой спирали в электроконвекторах можно рекомендовать Вт/см².

На основании изложенного  и с учетом зависимости  от h, b и l, которую следует определить заранее, уравнение (11) принимает вид:

 (12)

откуда можно найти  все сочетания линейных размеров корпуса электроконвектора, обеспечивающие намеченную температуру выходящего воздуха для заданной номинальной мощности.

Окончательный выбор  требует технико-экономического сравнения  вариантов, основанного на выборе определенных соотношений между размерами корпуса.

В приближенных расчетах можно ограничиться главным (первым) членом формулы (11), заменяя Р на и приближенно оценивая в пределах 0,7–0,85. Тогда уравнение (11) примет вид:

 (13)

При проверочном расчете  по (11) находят  и связанную с ней температуру , а при проектировании задают параметры воздуха и определяют комплекс, определяющий возможные сочетания параметров прибора:

. (14)

Характерным значениям Т₁=293 К и Dt=80°С соответствуют T₂=373 К, кг/м³, =1000 Дж/(кг×°С), откуда в (11) Вт/м^2,5.

Задавшись с некоторым  запасом значением  =0,8, получим:

. (15)

Приведенный коэффициент  гидравлического сопротивления  всего прибора  зависит от сечения S и очень мало от высоты . Характерное для прямоточной схемы конвектора усредненное значение коэффициента составляет =16. Следовательно, (15) имеет две независимых переменных и приводится к виду .

Для удобства расчета  выражение (15) может быть записано в виде:

. (16)

Подставив в (16) и получим:

. (17)

Уравнение (17) решается графически относительно h, для заданной мощности. Результаты расчетов занесены в таблицу 2. По результатам расчета строим зависимость f (h) ,что показано на рис.6.

Таблица 2. Результаты расчета  мощности электроконвектора.

h,м	0,6	0,55	0,5	0,4	0,3	0,25
P,Вт	2419,3	2289,9	2152,6	1847,8	1481,5	1259,1

 

 

 

Рис. 6. Графическое определение  высоты электроконвектора.

 

Полученные размеры  корпуса электроконвектора должны быть увязаны с размерами нагревателя. Коррекция длины может производиться  за счет относительного шага спирали в пределах значений, рекомендованных для открытых спиралей [7] по выражениям (5)-(7). Ширина электроконвектора выбирается на основе соотношений между b, h и l.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В1-выключатель;

Н1-нагреватель;

ЛС1-сигнальная лампа;

R1-резистор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8.Электрическая схема  электроконвектора.

 

Список источников литературы

 

1. Привалов С.В. Электробытовые  устройства и приборы: Справочник  домашнего мастера. –СПб.: Лениздат, 1994. – 511с.

2. Бытовые нагревательные  электроприборы (конструкции, расчеты, испытания) / Варшавський А.С. и др. – М.: Энегроатомиздат, 1981. –328с.

3. Кривошеин И.А. Бытовые  электронагревательные приборы  и установки. – М.: МКФ РСФСР, 1963 – 184с.

4. Миднин Г.Р. Электронагревательные  трубчатые элементы. – М.-Л.: Энергия, 1965 –112 с.

5. Исаченко В.П., Осипова  В.П, Сукомел А.С. Теплопередача.  – М.: Энергия, 1975. – 488с.

6. Шаровский А.В., Варшавский  А.С. Бытовые электроотопительные  приборы. – М.: Энергия, 1975. –120с.

7. К выбору параметров  бытовых электроконвекторов / Г.А. Агапов, А.С. Варшавский, Б.Д. Васильев, А.В. Шаровский. – Электротехническая промышленность. Бытовая Электротехника, 1971, вып. 4, с. 12-13.

8.Чепелюк А.А. Методические указания для курсовой работы по курсу «Основы электробытовой техники » на тему: «Расчет электроконвектора»,- Харьков, НТУ «ХПИ», 2003.