Расчёт электродного водонагревателя

Исходные данные:

Емкость водонагревателя – 120 л.;

Время нагрева – 1 ч.;

Удельное сопротивление воды – 21 Ом×м.;

Начальная температура воды, t₁ = 5 ºС.;

Конечная температура воды, t₂ = 85 ºС.

Решение:

Для нагрева воды часто применяется электродный нагрев вследствие простоты конструкции, надежности и высокого коэффициента полезного действия (до 97%).

Рассчитать электродный проточный водонагреватель с электродами, выполненными в виде пластин, изогнутых под углом 120 и подключенных к трем фазам питающей сети. Такая система электродов, при изоляции бака от сети, аналогична включению нагрузки по схеме треугольника. Напряжение питающей сети 380/220 В.

1. На основании исходных данных определяется потребная средняя мощность водонагревателя, кВт:

(1)

где: С – удельная теплоемкость воды, кДж/кг׺С;

γ – плотность воды, кг/м³;

G – ёмкость водонагревателя, м³;

η – к.п.д. водонагревателя, принимается в пределах от 0,9

до 0,97;

ν – превышение температуры воды в конце нагрева над температурой в начале, ºС;

Т – продолжительность нагрева воды, с.

кВт

Удельное сопротивление воды в течение процесса нагрева изменяется обратно пропорционально температуре и рассчитывается по формуле:

(2)

где: t – заданная температура воды, С.

В зависимости от температуры воды, мощность водонагревателя изменяется обратно пропорционально сопротивлению воды.

2. Для определения пределов измерения мощности водонагревателя в процессе нагрева надо вычислить мощность нагревателя в начале и конце нагрева:

(3)

кВт

(4)

кВт

где: Р_н, Р_ср, Р_к – соответственно начальная, средняя и конечная мощность водонагревателя, кВт;

α_ср – температурный коэффициент проводимости воды:

(5)

(6)

где: – соответственно средняя и начальная температура

воды.

(7)

где: – конечная температура воды.

3. Правильность определения Р_н и Р_к следует проверить по равенству:

(8)

4. Расчет размеров электродов производим по максимальной мощности в конце нагрева.

Площадь электродов приходящихся на одну фазу будет равна:

(9)

, м²

где: – сила тока в фазе в конце нагрева, А;

– допустимая плотность тока на электродах.

(10)

где:ρ_к – удельное сопротивление в конце нагрева, Ом×м;

, кА/м²

5. Определим расстояние между электродами по фазному напряжению и фактической напряженности поля между электродами:

(11)

В/м

, (12)

м²

Тогда фактическая напряженность поля между электродами равна:

(13)

кВ/м

где: – фактическое напряжение, В;

Это меньше допустимой напряженности поля между электродами.

6. Построение графиков зависимости удельного сопротивления воды от температуры и мощности водонагревателя от темперы воды:

Рис. 1 - Зависимость удельного сопротивления воды от температуры

Рис. 2 - Зависимость мощности водонагревателя от темперы воды.

В конце контрольной работы приводится список использованной литературы.