Расчёт температуры воды после теплообменника.

Всем здравствуйте.
Собрался я на даче соорудить подогрев воды от печки. В общих чертах всё придумал, а вот со скоростью нагрева определиться не могу.
По сути задачка для школьника, но школу я окончил давно, а высшее у меня гуманитарное .

Есть бак с водой, соединённый со змеевиком, который находится в топке дровянной печи. Вода циркулирует с помощью циркуляционного насоса.

В общем, дано:
1. В топке печи стоит медный змеевик - спиралька высотой h=70см, диметром D=30см, диаметр медной трубы d=2,2см. В змеевике всего 7 витков. Т.е. шаг спирали - 10см.

2. В змеевике течёт вода снизу вверх. На входе её температура равна t=+5С. Вода течёт при помощи циркуляционного насоса, производительность которого равна 3 м.куб./ч.

3. Температура в топке - 500C.

Задача: найти температуру воды на выходе из змеевика.
Всякими теплопотерями и прочими премудростями можно принебречь, потому что всё это очень примерно.

Если я не ошибся, то длинна змеевика составит L=2,21м, а скорость воды в трубе v=2,184 м/с. Значит вода будет проходить змеевик за 1,012 секунды.

А теперь надо бы расчитать на сколько градусов вода нагреется за 1,012 сек в змеевике, если температура в топке - 500C. Площадь поверхности змеевикаполучается: 0,1668 м.кв.
Но я ни одной формулы не помню из физики

Кто знает, помнит или по работе использует - подскажите формулу или формулы, чтобы я могу потом пересчитать температуру на выходе с другими исх. данными.

А если ещё подскажете как долго я буду так греть 1000 литров, то будет вообще супер

Большое спасибо.

 

Приблизительно сосчитайте площадь нагрева змеевика.
S=(pi*D2/4)*L
S- площадь нагрева трубки.
D-диаметр трубки в М.
L-Длина трубки в М.
Затем умножаете полученую площадь трубки на 10000, это коэфициент теплопередачи при радиационном нагреве, то есть пламенем. Он может быть в зависимости от интенсивности и температуры факела пламени от 4500-14000 КК/Мкв.
Получите производительность нагревательного устройства в КК/час. Если удобнее КВт, то разделите полученое число на 860- это переводной примерный коэфициент. Далее можете просчитать за сколько времени вы нагреете ёмкость, получите примерное время. КПД 100% не бывает!
1000КК-количество тепла необходимое на нагрев 10 л воды на 100С. Думаю сосчитать можно.

 

Школу окончил совсем давно. Хоть высшее и техническое, но теплотехникой не занимался и формул не помню. По опыту бак емкостью 140л (дно размером приблизительно 400х700мм, из стального листа 4мм),установленный в бане прямо над топкой нагревается до кипения около часа.
Что касается змеевика из медной трубы, сдается мне, что это не лучший вариант. Для хорошей теплопередачи требуется большая площадь контакта дымовых газов с поверхностью теплообменника. Пример - радиатор газовой колонки в квартирах, радиатор системы охлаждения или печки автомобиля. Кстати использовать радиатор от колонки это вариант, если установить его не в топке а в дымоходе. Возможные проблемы при этом - может забиваться золой и сажей. Мощность колонок обычно 17...23 квт. Можно прикинуть сколько воды и на сколько градусов можно нагреть от газовой колонки, используя термометр и мерную емкость.
Если вода жесткая, то могут быть проблемы из-за отложений накипи на внутренних поверхностях теплообменника.
По поводу насоса. Если он центробежный, то производительность сильно зависит от гидравлического сопротивления линии.
А вообще лучше без насоса. Использовать принцип отопления на основе АГВ - газового отопительного котла. Там циркуляция естественная, т.е. за счет разности плотности холодной и горячей воды. Для этого нужно обеспечить приличные сечения и уклоны труб, которые соединят теплообменник, установленный в топке и бак.

 

Так тогда зачем изобретать велосипед? Лучше взять и купить готовую дровяную колонку. Правда давно не видел в продаже. Или поставить газовую, на сжиженый газ.

 

Как видно из технического задания, составлено оно не совсем корректно.
Для таких расчетов нужно не только знать поверхность теплопередачи (кстати у Вас она посчитана не правильно, а Александр дает формулу объема, а не повверхности), определяющим условием здесь будет скорость продуктов сгорания,
которую определить или замерить очень проблематично.
В данной ситуации подходит больше физическое моделирование:
аналогия с газовой колонкой.
В старых конструкциях колонок для увеличения поверхности теплообмена трубку напаивали снаружи на медный короб, который служил газоходом. При этом не страшна сажа, и трубка защищена
от воздействия высоких температур.
В топку не рекомендую помещать трубку - быстро сгорит.
Лучше в дымоходе.
А скорость нагрева будет зависеть от интенсивности горения дров (т.е. мощности печи).

 

Всем спасибо за ответы.

Площадь трубки и правда криво посчитал.
В пересчёте вышло 0,46 м.кв.

Насчёт помещения трубы в дымоход - всё же хочется в топку. Там тепература выше. А в дымоходе он тоже будет, но как дополнительно .

На худой конец приобрету теплообменник для дымохода из нержавейки. И площадь приличная, и пламенем объят будет изнутри и снаружи.

 

Возможно глупость спрошу, но не могу удержаться. А во время отсутствия водоразбора ГВС, длительного, когда вода в баке уже нагрелась до кипения, что делать то будете? В змеевике начнется лавинообразное парообразование, как результат- выброс кипятка и пара в бак. Веселуха!!! И ведь змеевик не отключишь- сгорит нафиг.
Потом. Еще вариант. В доме тепло, а ГВС нужно, как быть? Печь топить?
Не заморачивайтесь. Повесьте эл.водогреку литров на 100-120 и всех дел. Спокойней и комфортней будет.
Про последствия размещения теплообменника в дымоходе даже писать не хочу. Глупость это, извините. Чистить упаритесь. А,скорее всего, угорите всей семьей. Даже не думайте.
Я,конечно, совсем не специалист по печам, но немного понимаю в дымоходах, точках росы, саже и пр... Мой совет, пусть печка будет просто печкой. Ну или приделайте бак из нержавейки вместо одной из стенок камеры сгорания печи. Спокойней будет.

 

Почему же глуппый, нормальный вопрос .

Я же не говорил, что вся эта история в доме стоит и мне до кипения нужно .

Всё это на улице, печка будет сконструированна исключительно для целей обогрева этой воды. Грею только до определённой температуры, градусов 30-40. Регуляция температуры нагрева будет через температурный регулятор тяги печи, который стоит копейки.

 

P.S.: Хотя раньше была у меня мысль забубенить такой подогрев воды в доме в печке. Решение - сразу за топкой, через сантиметров 20, сооружаем параллельный дымоход размером со змеевик, который потом втекает обратно в основной, под ним заслонку либо-либо, в этот второй дымоход и ставим змеевик. Опять же ставим этот терморегулятор тяги, но регулирует он уже не тягу, а заслонку. Хочешь греешь воду - хочешь нет.

 

Так проще тогда купить дровяной котел недорогой и топить его. Ни каких геморов с печами, кирпичами, дымоходами. Все тепло с котла можно кинуть на нагрев воды в баке. Лучше потратиться на медную трубку по длинее и диаметром побольше, накрутить змеевик подлиннее. Всяко разно по цивильнее будет. Да и регулировку котла можно, при желании, завязать на температуру воды в баке.

 

Не, не проще. Во-первых самый простой отечественный твердотопливный котёл (Дымок) стоит 22 т.р. Мне же нужен котёл с:

1. выходом дымохода чуть выше уровня пола.
2. Самозагрузкой дров.
3. Теплоизолированный снаружи.

Вся эта батва сделанная мною обойдётся мне примерно в 2 т.р. + время и силы.

А во-вторых я собираюсь делать это не столько практической пользы ради, сколько личного удовольствия для