Определение величины нагрева воздуха в двухроторной камере аэродинамического нагрева можно осуществить двумя методами. Суть первого метода в том, что величина нагрева воздуха в двухроторной аэродинамической камере рассчитывается в зависимости от полного давления, развиваемого центробежными вентиляторами и их полезного действия. Это можно определить по формуле (1):
Т3= Т1+2Т1× 
(1)
где Т3 - температура воздуха на выходе из 2-го вентилятора, °С;
Т1 - температура воздуха на входе на 1-й вентилятор, °С;
Т2 - температура воздуха на выходе из 1-го вентилятора, °С;
Т2 - одновременно является температурой на входе во второй вентилятор. В процессе преобразования формулы (1) температура Т2 была исключена.
На -величина атмосферного давления, Па;
НП1 - величина давления, развиваемая первым вентилятором, Па;
НП2 - величина давления, развиваемая вторым вентилятором, Па;
К - постоянная диабаты, К = 1,4;
ηв1 - КПД 1-го вентилятора, ηв1 = 0,6;
ηв2 - КПД 2-го вентилятора, ηв2 = 0,7.
Сущность второго метода определения величины нагрева воздуха в двухроторной аэродинамической камере нагрева заключается в следующем.
Теплоотдача при больших скоростях течения газов имеет ряд особенностей. В случае больших скоростей гидродинамические процессы и процессы теплообмена непрерывно связаны. Течение характеризуется взаимным преобразованием внутренней кинетической энергии ротора и расширением газа. При адиабатическом течении газа (Q = 0) возрастание его кинетической энергии w22 может происходить только при понижении энтальпии. И наоборот, возрастанию энтальпии будет соответствовать уменьшение кинетической энергии и, следовательно, скорости. Изменение энтальпии, в конечном счете, приводит к изменению температуры газа.
Энтальпия при полном адиабатическом торможении газа, называется энтальпией адиабатического торможения, она равна:
i0 = i + 
(2)
Температура Т0, которую принимает воздух (газ) при полном адиабатическом торможении, называется температурой торможения.
Подставив в уравнение (2) значение энтальпии для термодинамических идеальных газов i = Ср×Т и разделив левую и правую части на Ср, получим:
Т0 = Т + 
(3)
Из термодинамики известно, что отношение кинетической энергии потока и его энтальпии равно:
(4)
где К = Ср/ Сп - отношение удельных теплоемкостей при постоянных давлениях и объеме;
- отношение скорости потока к скорости звука, обозначается М и называется числом Маха.
При М < 1 - поток называется дозвуковым, если М = 1 - звуковым и если М > 1 сверхзвуковым. Из уравнений (3), (4) можно написать
Т0 = Т + Т× 
(5)
В таблице 1 приведены данные расчетов по формулам (1) и (5) при начальной температуре воздуха в камере Т = 20°С.
Таблица 1. Расчетные и фактические данные Т0 среды в камере
|
№№ |
Время |
Значения температуры среды в камере, 0С |
||
|
п/п |
мин. |
по формуле 1 |
по формуле 5 |
фактически |
|
1. |
5 |
20 |
20 |
24 |
|
2. |
10 |
26 |
21,6 |
27 |
|
3. |
15 |
33,7 |
23,4 |
29 |
|
4. |
20 |
43,6 |
25,4 |
32 |
|
5. |
25 |
56,5 |
27,5 |
35 |
Анализируя данные таблицы видно, что расхождение в определении температуры среды через 25 мин. по формулам и по экспериментальным данным составляет от 30 до 40 %.
Определение температуры среды по формулам (1) и (5) не связано с пространственно-временными функциями, и не дает достаточной точности в определении температуры, поэтому необходимо разработать теоретические основы расчета двухроторных аэродинамических камер, обеспечивающих применение их в промышленности.
При расчетах необходимо учитывать, что характер аэродинамических потерь в двухроторных установках может быть несколько иным, чем в однороторных.
Проведя ряд исследований, было установлено, что для двухроторных установок аэродинамического нагрева необходимо делать кожух в форме параллелепипеда с зазором между ротором и стенками (0,3 ≤ δ ≤ 0,45) D2.
Кожух, имеющий форму параллелепипеда, можно рассматривать как эффективный завихритель по сравнению с кожухом цилиндрическим, который применяется для создания напора и имеет незначительное сопротивление для движения в нем воздуха.
Завихрителями потока воздуха служат, во-первых, подача роторами потоков воздуха друг на друга, вращающимися в разные стороны, во-вторых, поток воздуха, выходящий с наружного ротора, встречается с потоком воздуха, отраженного от стенок кожуха.
В связи с тем, что при некотором удалении стенок кожуха от внешнего ротора потери на удар будут минимальными, а частота колебаний турбулентных потоков (выходящих и отраженных) совпадает, то происходит увеличение завихрения, вызывающее дополнительный нагрев воздуха, что и было получено в опытах на экспериментальной установке. В результате этого превращение кинетической энергии воздуха в тепловую происходит на более высоком уровне, чем при применении специальных завихрителей, которые гасят кинетическую энергию и значительно снижают напор воздуха.
Как показал анализ исследований, проведенных на экспериментальной аэродинамической двухроторной установке, расход мощности на сушку материала составил 50%, а общий КПД установки равен 85%.
Выводы:
1. Применяемые формулы для расчета температуры среды в однороторных аэродинамических камерах неприемлемы для двухроторных.
2. Исследования показали, что характер аэродинамических потерь в двухроторных установках несколько иной, чем в однороторных. Во-первых, это связано с тем, что подача потоков воздуха роторами, вращающимися в разные стороны, осуществляется друг на друга, а во-вторых, поток воздуха, выходящий с наружного ротора, встречается с потоком воздуха, отраженным от стенок кожуха.
3. Воздух в параллелепипедной камере претерпевает резонанс, поэтому температура среды воздуха в двухроторной камере почти в два раза выше, чем в однороторной, и коэффициент полезного действия установки достигает 0,85.