高效干燥换热系统设计计算

1、高效换热系统设计计算一、物料衡算根据武威甘鑫种业房式玉米干燥装备，进行物料衡算和热量衡算，以解 决去除多少水分，消耗多少干燥介质及热量。已知：玉米果穗90小时处理650t=650000kg1）、物料的除湿量在整个干燥过程计算中，以玉米果穗为例，干燥前玉米果穗物料的处理量 为Gi = 7222.2kg/h,经过房式干燥线后，果穗产品量为G2。经含水率测量， 干燥前果穗的湿基含水率范围在30%WmiW35% （现代化农业1996年第四期房式 玉米果穗烘干装置），计算时Wi取35%,经房式干燥后果穗的湿基含水率为W2=18% （武威甘鑫种业提供），依据干燥过程中的玉米果穗干物质是不变的，只有水分在变

2、 化。水分率的计算公式如下：Gi * （端9 =G2x （端空）（干燥设备计算金国淼P85）将干燥前后玉米果神的计算数据代入，可得干燥后玉米果穗的处理量， 将上式变换，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综上述玉米果穗的脱水量为：W= Gi - G2 = 7222.2 - 5724.9 = 1497.3kg/h2）、空气的消耗量进出干燥房空气湿含量:X _ Mff 0Ps一 篇（P-0Ps）当温度为20C时（初始湿度），x =葛X亦 W 0

3、1506kg/kg当温度为45c时（离开干燥房时的湿度），x = X X0. 06497kg/kg ZoUlX /1.00式中：X空气湿含量,kg/kg;Mh、分别为液体蒸汽和绝干气体的分子量，Mh = 18,= 29； 0湿气体的相对湿度，饱和时0 = 100%；Ps-液体的饱和蒸汽压，20C时查表得17.54mm Hg, 45时查表得71. 88mm Hg；尸一混合物总压，760mm Hgo对干燥过程作水分物料衡算：LHi + GXi = LH2 + GX2则:L = G(XXz) W“2-H1 -一H1痂崇餐30000kg/h式中： L绝干空气消耗量，kg/h：乩、此一分别为湿空气进、出

4、干燥房时的湿度；孰、G二一分别为湿物料进、出干燥房时的流量，kg：Xi、X：一分别为湿物料进、出干燥房时的干基含水量，kg 新鲜空气用量：L =L(l + ”o)=30000X(1+0.01506) =30451. 8kg/h式中：4一空气进干燥房前的湿度，kg/kgo 风机入口风量，即新鲜空气的体积：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：外一湿空气的比容，m3/kg；t-初始温度，

5、取20；入一标况下大气压力，101325Pa： 产一操作工况下大气压力，查夏季为84310Pa。风机选型风机总风量为30596. 96n?/h,选用两台风机并联，并联后每台风量效率为0. 9。风机型号：4-72-8C：流量：17463 n?/h：介质温度：20；全压：2478Pa：介质比 重：1.205 kg/ m3；主轴转速：1600r/min；电机功率：22kw0所以选用以上两台风机同时工作的风量才能满足设计要求，即每台风量为17463ii）3/h 才能满足生产要求：物料衡算的结果，如下图玉米果穗在干燥过程中的物料衡算图：水 1497.3kg/h玉米果称5724.9kg/h玉米果穗7222

6、.2kg/h房式干燥线TW60c水 2527.8 kg/h含水率18%的果穗图1物料衡算图（玉米果穗）二、热量衡算干燥热量计算按理论公式计算，计算过程中以玉米果硬为计算标准。1、玉米果穗房式干燥过程消耗热量计算：在玉米果穗房式干燥过程中通过换热器的热量需要。主要包括：蒸发玉米果穗水分耗热 量G，废气带走的热量Q物料及其中残余水分升温带走的热量孰。分别由以下公式计算:总热量：蒸发玉米果穗水分的热量:Q：=Gr + CJT_t)废气带走的热量:物料、中残余水分升温带走的热量:Qi = Gc X (T - Tg) X (Cs - X2 X Cw)式中：G总脱水量,kg/h ； W产1497. 3 k

7、g/hr一水的气化潜热，kj/kg； r=2490 kj/kgT一干燥室平均温度，C：在干燥房内：50*C T=3. 1416X0. 02=0. 0628 m2翅化比计算如下：P = (Af+Ao) /Ab=(0. 3456+0. 0565)/ 0. 0628=6. 403、翅片管排列方式对于干燥设备而言，换热器中翅片管的排列采用义排管束等边三角形排列，采用这种 排列，流体管外绕流时，受到的扰动较大，换热系数较高，但缺点是阻力大。干燥设备的设 计采用了义排的结构，其S1=65mm： S2=45mmo4、流体绕流翅片管束的流动阻力在流体绕流翅片管束的流动阻力计算中，采用Briggs和Young的

8、实验关联式，Briggs 和Young的实验关联式计算条件如下：Re = ( dB Gmax / p ) = 2000 - 50000Pt / db = 1. 8 -4.6,此处,Pt即插图中的S”为横向管间距;i / db = 1. 7 -2.4由于，=吨=4.56 (1.84.6), & =20mn)U (12 -41) mm,故满足计算要求。 丸 20，翅片管等边三角形义排排列，其迎风面积为3500mmX3200mm=11.2inL流过管束的空气 流量为17463 X 0.9 X 2=31433.4m7h,该翅片管束的几何结构为：CPG (cp 20X2. 5/50/10/1 - Q23

9、5/A1), Sl=65mm, S2=45mmo 空气的进口温度为 20C,而出口温 度为60。(注：1个大气压下20c时空气密度为1.205 kg/m3)5、计算流速：换热器风量是有两台22kw风机并联同时工作时的风量，则迎风面上空气质量流速：& =31433.4X1. 205/3600/11. 2=0. 94kg/m:*So最窄截面积/迎风面积：(Pt x 1000) -(2 X 学)x 1000 -XTXHX24mhi =Pf x 100065x1000-2xx1000-ixlxl 5x2N665x1000=0.615式中：人二一最窄截面积/迎风面积，m2：K横向管间距，mm；以一基管外

10、径，nun：7、一翅片厚度，mm：，一翅片高度，mm。最窄迎风面上的质量流速：G -5nax - 0.61s0.94 0.615 =1. 53 kg/m*s6、换热系数计算平均温度:(20+60) /2=40,在该温度下空气的物性值为：密度p=1.128 kg/m3；粘 度p = 19. 15 X10-6 kg/(ms)导热率：A = 0. 0276 W/(mC)普朗特数：P产 0.699。翅片外表面的对流换热系数：h = 0.1378 X (A) X (也衿。力8 x 铲333 X (y年=0.1378 xX ( 0 02x1-53 )0 718 x O.6990-333 x (与690.0

11、2119.15x10-6/15/=28. 98 w/(m：*)式中：h 一翅片外表面的对流换热系数，w/(m2-)；丫一翅片间隙，mm：h0 -为以光管外表面积为基准的对流换热系数，它代表加装翅片以后的总效果；h. = hX( A. + Af Xq )/Aj由于设计的翅片管 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嫦肝斓烟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）本地区的月口均总辐照量和年口均总辐照量省保瓢名称1斤2月，3月，月，5年6月，叫8月。9年1D月.11 &12将罐(X(Jn2a都临琏（MJn2）证幸知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-.真空管集热器的采光面积计算国家标准太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范GBT18713-2002及民 用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB5O3642005第4. 4. 2条规定，直接系统集热器总面积可根据用户的每日用水量和用水温度确定，按国家标准计算采光面积，一般按下式计

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总TdOCw(tendTh)6666209X16 ;-=14175. 88kg 90X4.18X(70-50)A一直接系统集热器采光面积，肝；Qb口均用热水量，kg：Td日工作小时，取16h；D 一处理果穗总需时间，h；tend一一贮水箱内水的设计温度，；5一回路水温度，：Cw水的定压比热容，4.18KJ/ (kg)；ti水的初始温度，C；Jt当地集热器采光面上的年平均口太阳辐照量，取14.952MJ/nf ；f一一太阳

15、能保证率，:根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综 合考虑后确定，宜为30%80%：久d一一集热器的年平均集热效率；根据经验取值宜为0.250.50,具体数值应根据集热器 产品的实际测试结果而定：九一一贮水箱和管路的热损失率：根据经验宜取值为0.200.30。为使系统整体协调可使用兴事发牌(P 5夕2100/40真空管集热模块工程共需44块，每块 7.65m2,共计采光面积约为336.6m2。五、管网计算1.流量计算热水系统循环流量：q = 4cQs=336.6x0.01= 12U7.6L/11式中：q 一循环流量，L/11；Qs 一集热循环流量，由;太阳辐照量的不确定性，太

16、阳能热水系统的集热循环流量 一般按照每平方米集热器的流量为0.010.02L/s考虑；对于真空管太阳能集热器可取低值，对于平板太阳能集热器取高值。假设，集热循 环流量取50L/ (h-m2),太阳能集热器的总集热面积为1001/,经计算集热器循环流量为 5000L/ho水泵的流量选择应使水泵的工作流量在计算的集热循环流量附近。4一太阳能集热器的总集热面积，m2o循环管及给水网管径确定：dj=巨_ 限33661户-yj 3.14X1.5=5.3X102m式中：q设计流量，m3/s;4一管道计算内径，m；v访廿索，m/So上式流速的确定，根据我国建筑给排水设计规范GB500152009中规定，通过

17、技术经 济分析来选用。给水管道的水流速度公称直径（mm）15-2025-4050-70280水流速度（m/s）W1.0环。水箱的贮热总容积:1.163z；(tr-t/l)pr(92.74-64.92)x16”“=Zl.zo m1.163X0.9X20X1式中：一贮热总容积，m3：“一有效贮热容积系数，取0.9：T-设计小时耗热量持续时间，取16h。蓄热时间校核:T21.163Vr(tr-th)pr1.163X21.26X20 =7. olh64.92满足要求。贮热时间校核:丁。= =推=30 八九、太阳能供电系统中太阳能电池板与蓄电池容量的计算在设计太阳能供电系统时，应根据实际情况，选择既经济乂可靠的太阳能电池板和蓄 电池。既要防止太阳能电池板和蓄电池在阴雨天容量不够，达不到供电目的，乂要避免容量 过大，造成浪费。在设计太阳能供电系统时，一般来说，首先要明确最终负载的输入要求，如电压、电 流或者电功率及每日的持续工作时间。如有多个负载，则累计总的耗电量。假如负载有两个, 分别耗电为Fl, F2瓦，每天分别工作时间T1,T2小时，则一天消耗总能量为Q=F1