- •Технологии обработки текстильных материалов в жидкости
- •Теплотехнический расчет красильной машины периодического действия
- •1. Стадия подогрева раствора красителя в приготовительном баке
- •2. Установившийся режим работы приготовительного бака
- •3. Разогрев красильного бака глухим паром
- •4. Установившийся режим крашения
- •5. Расхолаживание красильного бака водой
- •Представление результатов расчета
- •Характеристики теплоизоляционных материалов
4. Установившийся режим крашения
В этом режиме затраты теплоты обусловлены лишь потерями в окружающую среду. Порядок расчета этой статьи теплового баланса остается прежним, с учетом того, что в качестве температуры жидкости используется температура, до которой был разогрет раствор. Поскольку в этом режиме система обогревается глухим паром, его масса определяется по тому же уравнению, что и разделе 3. Расход пара рассчитывается также как и ранее по массе пара и продолжительности процесса.
5. Расхолаживание красильного бака водой
Вода для расхолаживания подается в змеевик, площадь поверхности которого рассчитана в предыдущем разделе. И здесь ставится задача расчета расхода воды.
На рис. 4 представлен температурный
график змеевикового теплообменника
при расхолаживании. Температураt1горячего теплоносителя (раствора)
остается постоянной по поверхности, но
изменяется во времени (уменьшается).
Температура холодного теплоносителя
на входе в теплообменникt2поддерживается постоянной, а на выходе
из негоt2изменяется во времени.
Дифференциальная форма уравнения теплового баланса имеет вид
(34)
где
среднее по поверхности
теплообмена значение температурного
напора в произвольный момент времени.
Здесь и далее горизонтальная черта
сверху будет использоваться для
характеристики средних по поверхности
величин.
Второй член уравнения (34) характеризует теплоту, перенесенную за счет теплопередачи, третий – теплоту, полученную охлаждающей водой, и четвертый – теплоту, отданную раствором. Величина (Mc)определяется теми же выражениями (26), (27), что и ранее.
Интегральная форма уравнения теплового баланса для всего периода расхолаживания будет иметь вид
(35)
где C2 =G2c2– расходная теплоемкость холодного теплоносителя.
Количество теплоты, передаваемой в процессе расхолаживания, рассчитывается по последнему члену в уравнении (35). Для нахождения расхода охлаждающей воды необходимо найти величину t2. Вычислим вначале среднее по поверхности значение температурного напора для любого момента времени. В соответствии с графиком рис. 4 больший температурный напор равенt1t2, а меньшийt1t2, и искомое значение среднего по поверхности температурного напора, равное его среднелогарифмическому значению записывается как
(36)
Подставляя полученное значение в уравнение, характеризующееся вторым знаком равенства в формуле (34), после простых преобразований получим
t2 t2 = (t1 t2)(1exp(N2)), (37)
где через N2обозначено число единиц переноса
N2 = kF/C2. (38)
В уравнении (37) все члены, кроме t2иt1, не зависят от времени. Поэтому результат его осреднения по времени можно представить как
t2 t2 = (t1 t2)[1exp(N2)]. (39)
Для нахождения величины t1, входящей в формулу (39) воспользуемся дифференциальным уравнением, определяемым последним равенством в (34), предварительно заменив в немt2 t2при помощи формулы (37). Интегрирование полученного дифференциального уравнения метолом разделения переменных и потенцирование полученного результата позволяют получить зависимость температуры раствора от времени
t1 t2 = (t1н t2)exp{C2 [1exp(N2)]} (40)
Проведем процедуру осреднения во времени температуры раствора, аналогично тому, как это было сделано в разделе 3. Из полученного результата с помощью уравнения (40) исключим величину C2[1exp(N2)], то дает
(41)
Подставим уравнение (39) в уравнение (35) со вторым знаком равенства и получим
(42)
График
функции f(N2),
определяемый правой частью уравнения
(42), показан на рис. 5. Чтобы найти величинуС2по формуле (38), по графику
рис. 5 следует определить значениеN2.
Но для этого необходимо предварительно
значение температуры
и величину коэффициента теплопередачи
. Эта задача решается в процессе итераций
следующим образом. Предварительно по
известному количеству теплоты, площади
и времени вычисляется средняя плотность
теплового потока
q = Q*/(F)
Далее реализуется итерационная цепочка
(43)
(44)
q = (t1 tc)/Rзаг (45)
Для
реализации этой цепочки можно использовать
следующую последовательность вычислений.
Задаются значением коэффициента
теплоотдачи 2по порядку величины. Вычисляют коэффициент
теплопередачи по формуле (43), из уравнения
(44) находят
среднюю по поверхности
и времени температ
уру
охлаждающей воды, а по формуле (45) среднюю
по времени и поверхности температуру
стенкиtс. Эти
две последние температуры используются
при вычислении коэффициента теплоотдачи2по уравнению
подобия для свободной конвекции, что
позволяет найти уточненное значение
коэффициента теплопередачи и т.д.
Сходимость итераций проверяется по
величине коэффициента теплопередачиk.
После
того, как найдена в процессе итераций
температура
,
левая часть уравнения (42) легко
рассчитывается и тем самым определяется
функцияf(N2),
по величине которой при помощи графика
рис. 5 определяется величинаN2.
Далее по найденному значению коэффициента
теплопередачи по уравнению (38) рассчитывают
величинуС2, а по ней – расход
воды.
При необходимости получения более точных результатов следует численно решать нелинейное уравнение (42) относительно N2.
