Объем V бойлера-аккумулятора принимаем исходя из следующего условия: запаса горячей воды в нем должно хватить на бесперебойное снабжение потребителей в течение 8 часов.Т.о.

V = Gг. в. · 8 · 3,6 = 0,53 · 8 · 3,6 » 15 м3. (4.1)

Отсюда следует: диаметр бака - D = 1,5м; высота бака - L = 2 м.

Температуры греющего теплоносителя: на входе - t11 = 95 °С, на выходе - t12 = 60 °С.

Температуры нагреваемого теплоносителя: на входе - t21 = 20 °С (принимаем из условия, что 1/3 горячей воды возвращается с температурой 50˚С, а 2/3 добавляем из водопровода с температурой 5˚С), на выходе - t22 = 55 °С.

Определим скорости движения теплоносителей в змеевике W1 и в баке-аккумуляторе W2:

(4.2)

(4.3)

(4.4) (4.5)

Для расчета коэффициента теплоотдачи α необходимо знать среднюю температуру воды в змеевике t1СР и в баке-аккумуляторе t2СР:

Для того, чтобы определить режим течения жидкости по змеевику и в баке, найдем числа Рейнольдса, Re1 и Re2 соответственно:

(4.6) (4.7)

Где: ν1 = 0,00000038 м2/с - кинематическая вязкость воды при температуре t1CР;

ν2 = 0,00000049 м2/с - кинематическая вязкость воды при температуре t2CР;

Так как Re1 > 10000 - режим течения воды в змеевике - турбулентный. Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности греющих труб к омывающей их воде α1 в бойлере рассчитывается с использованием уравнения подобия:

(4.8) (4.9)

Где: Pr1=2,55 и Pr1СТ=2,64 - критерии Прандтля при температуре воды t1СР=69,21°С и tСТ = t1СР - 2 = 67,21°С соответственно;

λ1 = 0,686 Вт/м· К - коэффициент теплопроводности воды при t1СР.

Так как скорость течения воды в баке очень мала, можно предположить, что теплообмен между горячим змеевиком и омывающей его водой происходит благодаря свободной конвекции. Она представляет собой обычно подъемное течение, обусловленное подъемной силой, действующей на нагретые на поверхности слои жидкости. Соответственно на холодной стенке устанавливается опускное течение. В качестве безразмерного критерия подобия для свободной конвекции используется число Гразгофа, Gr2

(4.10)

где: L - высота бака-аккумулятора;

g - ускорение свободного падения;

Θ0 - температура наружной поверхности трубы;

V - температура жидкости вне узкой области свободноконвективного движения;

ν - кинематическая вязкость жидкости.

Таким образом, для нашего случая:

(4.11)

Теплоотдачу при свободной конвекции от нагретого змеевика к жидкости можно рассчитать по уравнению:

(4.12) (4.13)

Во всех аппаратах периодического действия происходит нестационарный теплообмен. Уравнение теплопередачи при нестационарном режиме работы имеет вид:

Q = k · F · D t · τ, (4.14)

где: τ - время работы аппарата;

Dt - средний температурный напор за время τ.

Уравнение теплопередачи и теплового баланса для всей поверхности теплообмена F за интервал времени dτ имеет вид: