Расчетная часть

Преобразование электрической энергии в тепловую осуществляется в экспресс-жаровне посредством нихромовых спиралей, включенных параллельно и размещенных в верхней и нижней нагревательных плитах. При известных значениях требуемой мощности нагрева и используемого напряжения найдите общее электрическое сопротивление спиралей R_об (Ом)

, (5.8.1)

где U - напряжение, В; Р - требуемая мощность, Вт.

Согласно параллельному включению нагревателей сопротивление каждой из спиралей R составит:

  . (5.8.2)

 Исходя из величины R и диаметра применяемой проволоки вычислите длину проволоки для изготовления одной спирали из зависимости

, (5.8.3)

где l - длина проволоки, м; S - сечение проволоки, мм²; d - диаметр проволоки, мм; - удельное сопротивление материала проволоки, Ом×мм²/м (удельное сопротивление нихрома при температуре его нагрева 700 0С равно 1.1 Ом×мм²/м).

Отсюда

. (5.8.4)

Число витков спирали n

  , (5.8.5)

  , (5.8.6)

где l_В - длина витка спирали, мм; d_с - диаметр стержня намотки спирали, мм; 1,07 - коэффициент, учитывающий увеличение диаметра витка спирали при снятии со стержня намотки.

Для обеспечения нормального отвода теплоты от спирали необходимо, чтобы расстояние между витками в 2-3 раза превышало диаметр проволоки спирали. Отсюда шаг намотки витков (шаг витка спирали) h (мм) рассчитайте как

  . (5.8.7)

 Длина активной части спирали L (мм)

  . (5.8.8)

 Энергию Q₃ (кДж), затраченную при работе экспресс-жаровни, рассчитайте на основании показаний счетчика:

  , (5.8.9)

где N₁ и N₂ - показания счетчика до и после разогрева, кВт×ч.

Проверьте значение величины Q₃ по формуле

  , (5.8.10)

где P – мощность нагревательных элементов, кВт; t – время, в течение которого нагревательные элементы находились во включенном состоянии, с.

Мощность нагревательных элементов может быть взята из технической характеристики аппарата или определена по формуле

, (5.8.11)

где I - показания амперметра, А; U - показания вольтметра, В.

Количество теплоты, передаваемой продукту Q_П (кДж),

  , (5.8.12)

где m - масса продукта, кг; с - удельная теплоемкость продукта, кДж/[кг×К]; t_н и t_к - соответственно начальная и конечная температуры продукта, ⁰С.

Передача теплоты от греющих плит к продукту осуществляется в основном за счет кондуктивного энергоподвода. Уравнение теплопередачи при этом имеет следующий вид:

  , (5.8.13)

где k – коэффициент теплопередачи, КВт/(м²×⁰С); F – площадь поверхности соприкосновения продукта с греющими плитами, м²; Dt – температурный напор, ⁰С; t – время, за которое осуществлялась передача теплоты, с.

Следует отметить, что рассматриваемый процесс является нестационарным, т.к. с течением времени t уменьшается не только температурный напор (за счет нагрева продукта), но и 74зменяяется коэффициент теплопередачи (в основном за счет изменения влажности и структуры поверхности продукта, контактирующей с плитами).

Эффективность работы экспресс-жаровни может оцениваться различными показателями.

Штучная М_ш (шт/ч) и массовая М_м (кг/ч) производительность экспресс-жаровни:

, , (5.8.14)

где N - количество изделий, одновременно размещаемых на плите, шт.; m_и - масса одного изделия, кг; - время приготовления, с; - время обслуживания (общее время разгрузки, чистки и загрузки жаровни), с.

Массовое напряжение жарочной поверхности U_м (кг/м²×ч)

, (5.8.15)

где F₀ – общая площадь греющих плит, м².

Удельная поверхностная мощность пода w (кВт/м²)

. (5.8.16)

Удельный расход электроэнергии q (кВт×ч/кг)

  . (5.8.17)