Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Раздел II. Теория теплообмена
Глава ХII.
В этом разделе рассматриваются процессы передачи теплоты теплопроводностью в телах простейшей формы при стационарном режиме и при изменении температуры только вдоль одной координаты (одномерная задача). При решении задач на теплопроводность необходимо учитывать граничные условия, отражающие взаимодействие между окружающей средой и поверхностью тела. Наибольший интерес представляют граничные условия первого и третьего родов. В первом случае задана температуры tст поверхности тела, а во втором — температуры сред, окружающей тело, и коэффициенты α. Однородная стенка (однослойная) или стенка, состоящая из нескольких слоев (многослойная), разделяет две среды с температурами t1 и t2. Если известны температуры на наружных поверхностях стенки tст1 и (tст) n +1, где n — число слоев, т.е. заданы граничные условия первого рода, то расчетные формулы имеют вид.
Плоская стенка
Поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2: , где λ i — коэффициент теплопроводности i –го слоя, Вт/(м × К); δ i — толщина i -го слоя, м. Если стенка однослойная, то . Температура на границе i -го и (i +1) -го слоев (t ст ) i +1 = t ст1 – q (δ1/λ1 + δ 2 / λ 2 +... + δ i /λ i) или (t ст) i +1 = (t ст) n +1 + q (δi +1 / λi +1 +... + δ n /λ n). При расчете многослойных стенок можно воспользоваться эквивалентным коэффициентом теплопроводности:
Тогда плотность теплового потока для многослойной стенки определится из формулы: Если заданы граничные условия третьего рода, то q = k (t 1 – t 2), где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 × К), для n -слойной стенки определяется выражением:
где: α1 - коэффициент теплоотдачи от среды с температурой t 1 к наружной поверхности стенки, Вт/(м2 × К); α2 — коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки к среде с температурой t 2.
В частном случае однослойной стенки (n = 1)
Температура на границе i -того и (i +1) -го слоев для граничных условий третьего рода определится из выражения: или
ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ СТЕНКА
Количество теплоты, проходящее в единицу времени через один погонный метр цилиндрической трубы (линейная плотность теплового потока), при задании граничных условий первого рода определяется по формуле:
, где di и di +1 — внутренний и внешний диаметры i -того слоя, м; L — длина трубы, м. Для однослойной цилиндрической стенки (n = 1): . Температура на границе i -того и (i +1) -го слоев равна: . Если заданы граничные условия третьего рода, то линейная плотность теплового потока определяется по формуле: ql = kl (t 1 – t 2), где kl — линейный коэффициент теплопередачи, Вт/(м × К), расчет которого производится по выражению (для n -слойной стенки): . Для однослойной стенки (n = 1) . Температура на границе i -того и (i +1) -го слоев цилиндрической стенки определяется по формуле: . Температура на наружных поверхностях цилиндрической стенки: . Теплопроводность через боковую поверхность тонкостенных труб с допустимой неточностью может быть рассчитана по более простым формулам для плоских стенок. При этом погрешность зависит не от абсолютного значения диаметров, а от их отношения. Так при соотношении d 2 / d 1 < 2,0 ошибка не превосходит 4 %.
ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
При расчете тепловой изоляции приходится определять потерю теплоты 1 пог. м изолированного трубопровода, а также подбирать необходимый изоляционный материал и толщину изоляции. Проверка пригодности материала изоляции в целях уменьшения тепловых потерь от трубопровода в окружающую среду производится по критическому диаметру: , где λиз — теплопроводность материала изоляции; α2 — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду. Если d кр < d 2 (d 2 — наружный диаметр неизолированного трубопровода), то покрытие трубопровода такой изоляцией будет снижать его теплопотери. Если d кр > d 2, то применение такого изоляционного материала нецелесообразно и следует подобрать другой материал для изоляции или применить многослойную изоляцию. Условием выбора теплоизоляционного материала для снижения тепловых потерь трубопровода является соотношение: λиз < 0,5 α2 d 2. Коэффициент теплоотдачи α2 для трубопроводов, проложенных в закрытых помещениях, может быть определен по формуле
α2= 9,7 + 0,07(t ст2 - t 2).
ОРЕБРЕНИЕ
Оребрение производится со стороны той поверхности, где коэффициент теплоотдачи существенно меньше, что позволяет в целом повысить коэффициент теплопередачи между потоками, омывающими стенку. Линейный коэффициент теплоотдачи оребренной стенки трубы (отнесенный к гладкой поверхности) при наружном оребрении определяется по формуле: , где β= F р / F гл — коэффициент оребрения; F р — площадь оребренной поверхности с учетом простенков между ребрами, м2; F гл — площадь гладкой поверхности несущей трубы с диаметром d 2, м2. Линейная плотность теплового потока, отнесенная к 1 пог. м оребренной трубы, определяется по формуле: ql = kl р (t 1 – t 2).
Пример. Для плоской многослойной стенки, состоящей из стального листа толщиной 10 мм, слоя совелита толщиной 40 мм и листового асбеста толщиной 2 мм, определить температуры на границах слоев, если известно, что температура наружной поверхности стального листа t ст1 = 250 оС, а поверхностная плотность теплового потока составляет 232 Вт/м2. Решение. Предварительно рекомендуется изобразить схематично предложенную многослойную стенку. Тогда температура на наружной поверхности асбестового листа определится по формуле: ºС. Значения коэффициентов теплопроводности материалов выбраны по приложению 12. Температуры на границах слоев: о С. оС. Пример. Определить температуру внутренней и внешней поверхности котельного листа толщиной 18 мм, если температура омывающих газов 800 ºС, а коэффициент теплоотдачи от газов к стенке Решение. Давление насыщения p = 1,0 МПа соответствует температуре ts= 179 оС (см. приложение 10). Практически термическим сопротивлением перехода теплоты от воды к стенке можно пренебречь, т. е. 1/α2= 0. Тогда температура на внутренней поверхности котельного листа (со стороны воды) будет равна температуре кипения, т. е. t ст2 = ts = 179 оС. Тепловой поток через 1 м2 чистой поверхности нагрева составит: Вт/м2. Температура наружной поверхности котельного листа: t ст1 = t 1 – q = 800 – 14300 = 184 оС. Тепловой поток через 1 м2 поверхности нагрева, покрытой слоем накипи, составит: Вт/м2. При этом температуры внутренней и внешней поверхностей котельного листа составят: t ст1 = t 1 – q н = 800 – 13200 = 227 оС t ст1 = t 1 – q н = 800 – 13200 = 222 оС Пример. Стальной паропровод диаметром 114 мм изолирован слоем совелита толщиной 80 мм, а затем слоем пробки толщиной 25 мм. Температура наружной поверхности стальной трубы t ст1 = 160 оС, а наружная поверхность слоя пробки имеет температуру t ст3 = 40 оС. Определить потери теплоты 1 пог. м паропровода и температуру на поверхности раздела слоев изоляции. Решение. Линейная поверхностная плотность теплового потока: ql = 2 π (t ст1 – t ст3 Температура на поверхности раздела слоев изоляции: t ст2 = t ст1 – ql 160 – 56 ºС. Пример. По стальному паропроводу диаметром 25/19 мм движется пар с температурой t 1 =300 оС. Каким изоляционным материалом нужно покрыть паропровод, чтобы толщина изоляции не превышала 55 мм, а температура на поверхности изоляции составляла t ст2 = 40 оС? Температура окружающего воздуха t 2 = 20 оС.
Решение. Предварительно определяем коэффициент теплоотдачи α2= 9,7 + 0,07(t ст2 – t 2) = 9,7 + 0,07(40 – 20) = 11, Вт/(м2 × К). Тепловые потери 1 пог. м паропровода находим по формуле: ql = πd 2 α 2 (t ст2 – t 2)= 3,14 0,135 11,1(40 – 20) = 94,5 Вт/м. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке обычно настолько велик, что практически термическим сопротивлением 1/α2 можно пренебречь. Термическим сопротивлением стенки трубы при расчете изоляции обычно пренебрегают. В этом случае температуру внутренней поверхности трубы можно считать равной температуре пара, т.е. t ст1 = t 1 = 300 оС. Значение коэффициента теплопроводности изоляции может быть определено из уравнения: λ = По полученному значению λ (приложение 12) выбираем материал изоляции: совелит или ньювель. Пример. Наружный диаметр стального паропровода 108 мм, температура пара t 1 = 330 о C, температура окружающего воздуха t 2 = 25 оС. Определить толщину изоляции из совелита при условии, чтобы тепловые потери паропровода не превышали 175 Вт/м. Решение. Предварительно задаемся температурой поверхности изоляции t ст2 =40 оС. Тогда количество переданной теплоты можно найти из уравнения: ql = . Отсюда получим: = = = 1,02; d 2 / d 1 = 2,77; d 2 =2,77 d 1 = 2,77.108 = 298 мм. Толщина изоляции δ = 0,5(d 2 – d 1) = 0,5(298 – 108)= 95 мм. Проверяем ранее принятую температуру поверхности изоляции. Предварительно необходимо определить коэффициент теплоотдачи от изолированного паропровода к окружающей среде: α2 = 9,7 + 0,07(t ст2 – t 2)= 9,7+0,07(40 – 25)= 10,6 Вт/(м2 × К); t ст2 = t 2 + = 25+ 175 = 42,2 оС. Расхождение составляет 5,5 %. В случае расхождения температур более чем на 10 % следует задаваться другим значением температуры и повторить расчет. Вместо метода последовательных приближений может быть использован графический метод. Пример. Определить количество теплоты, передаваемое через оребренную стальную трубу диаметром 75/65 мм длиной 1 м с коэффициентом оребрения β = 10. Греющая среда- дымовые газы с температурой t 1 = 320 о C, нагреваемая среда- вода с температурой t 2 = 120 оС. Коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке трубы и от стенки к воде, соответственно, α2 = 23 Вт/(м2 × К) и α1 = 5000 Вт/(м2 × К). Какое количество теплоты было бы передано при отсутствии оребрения? Решение. Определяем коэффициенты теплопередачи для оребренной трубы и для трубы без ребер:
= 50,2 Вт/(м × К) , Количество теплоты, передаваемое воде через оребренную и гладкую трубы, определяется как ql р = kl р (t 1 – t 2)= 50,2(320 – 120)= 10040 Вт/м; ql = kl (t 1 – t 2)= 5,38(320 – 120)= 1076 Вт/м. Таким образом, оребрение трубы со стороны дымовых газов позволило увеличить количество переданной теплоты в 9,3 раза. ЗАДАЧИ
12-1. Определить часовую потерю теплоты через 1 м2 стенки из шамотного кирпича толщиной 130 мм, если температура внутренней поверхности стенки 420 °С, а наружной 180 °С. Ответ: Q = 1330 кДж. 12-2. Какой толщины необходимо выполнить стенку из красного строительного кирпича или листового асбеста, чтобы потеря теплоты через 1 м2 стенки составляла 3480 Вт? Температура внутренней поверхности стенки 425 °С, наружной — 100 °С. Ответ: δкирп =65 мм; δасб = 10,8 мм. 12-3. Определить температуры на границах слоев многослойной стенки площадью 5 м2, состоящей из кирпичной силикатной кладки толщиной 130 мм, огнеупорной глины толщиной 20 мм, листового асбеста толщиной 25 мм и стального листа толщиной 5 мм. Потери теплоты стенкой составляют 5800 Вт. Температура наружной поверхности кирпичной кладки 600 ºС. Ответ: t ст2 = 400° С; t ст3 = 377,5° С; t ст4 = 127,5 °С. 12-4. Определить температуры на границах слоев четырехслойной плоской стенки, состоящей из стального листа толщиной 5 мм, листового асбеста толщиной 25 мм, кирпичной шамотной кладки толщиной 250 мм и котельного шлака толщиной 20 мм. Температура наружной поверхности стали 40°С, температура наружной поверхности шлака 900°С. Определить также часовую потерю теплоты через 1 м2 стенки. Ответ: t ст2 = 798°С; t ст3 =358 С, t ст4 = 40,2°С; Q = 5292 кДж. 12-5. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности обмуровки котла, состоящей из листовой стали толщиной 3 мм, листового асбеста толщиной 25 мм и кирпичной шамотной кладки толщиной 250 мм. Ответ: λэкв = 0,539 Вт/(м × К). 12-6. Плоская стальная стенка толщиной 10 мм изолирована от тепловых потерь слоем огнеупорной глины толщиной 40 мм и слоем листового асбеста толщиной 25 мм. Какой толщины изоляцию из стеклянной ваты необходимо наложить на стальной лист вместо огнеупорной глины и листового асбеста, чтобы тепловые потери через стенку остались прежними? Ответ: δ = 8,7 мм. 12-7. В судовом газотрубном котле тепловая нагрузка жаровой трубы составляет q= 48150 Вт/м2. Толщина стальной стенки трубы составляет 20 мм. Определить разность температур на внутренней и наружной поверхностях трубы: а) при чистой ее поверхности; б) при наличии со стороны воды накипи толщиной 1,5 мм с теплопроводностью λн = 1,39 Вт/(м × К); в) при наличии со стороны воды накипи толщиной 1,5 мм с той же теплопроводностью и со стороны газов — сажи толщиной 2 мм с коэффициентом теплопроводности λс = 0,232 Вт/(м × К). Стенку жаровой трубы вследствие малой кривизны можно считать плоской. Ответ: ∆ t а =21,3 ° С; ∆tб = 73,2 оС; ∆tв = 488 оС. 12-8. Решить предыдущую задачу при тепловой нагрузке на жаровую трубу q = 7000 Вт/м2. Остальные условия задачи сохранить.
12-9. Лед на реке имеет толщину 300 мм и покрыт слоем снега толщиной 200 мм. Температура на внешней поверхности снега – 15оС, а на поверхности льда со стороны воды 0 оС. Найти плотность теплового потока через эти два слоя. Ответ: q = 26,3 Вт/м2 . 12-10. Оконная рама состоит из двух слоев стекла толщиной по 5 мм. Между стеклами — слой сухого неподвижного воздуха толщиной 6 мм при температуре 0 оС. Площадь окна 4,5 м2. Определить суточную потерю теплоты через окно, если перепад температур на внешних поверхностях стекол 25 оС. Ответ: Q =37500 кДж. 12-11. Определить температуру наружной поверхности корпуса котла толщиной 30 мм, выполненной из стали, если давление в котле 1,2 МПа, температура окружающего воздуха 25оС, коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к воздуху α2 =20 Вт/(м2 × К). На сколько снизится температура наружной поверхности, если корпус котла покрыть слоем совелита толщиной 120 мм? Коэффициент теплоотдачи от изолированной поверхности к окружающему воздуху α2 =10 Вт/(м2 × К). Определить также потерю теплоты через 1 м2 поверхности корпуса котла в обоих случаях. При решении задачи стенку корпуса котла вследствие малой кривизны считать плоской. Ответ: tст2 = 185 оС; q = 3150 Вт/м2; t ст2 = 37 оС; q = 122 Вт/м2. 12-12. Определить температуру водяной и огневой поверхности плоского стального котельного листа толщиной 18 мм и величину теплового потока, если известно, что коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке равен 46,5 Вт/(м2 × К), коэффициент теплоотдачи от воды к стенке Ответ: tст1 = 218оС,tст2 =202оС, q = 41000 Вт/м2. 12-13. Определить, насколько уменьшится количество передаваемой теплоты через поверхность нагрева парового котла вследствие образования слоя накипи толщиной 2 мм (с коэффициентом теплопроводности Ответ: ∆ q = 6250 Вт/м2. 12-14. Определить, насколько уменьшится потеря теплоты через обмуровку котла, выполненную из шамотного кирпича толщиной
Ответ: а) tст2 = 357 °С; tст3 = 50,2 °С; б) tст2= 609 °С; tст3= 184 °С; tст4=51°С; ∆ q = 806 Вт/м2. 12-15. Определить суточную потерю теплоты стальным паропроводом диаметром 38/30 мм, длиной 50 м, покрытым слоем изоляции толщиной 40 мм с коэффициентом теплопроводности λиз = 0,07 Вт/(м × К). По паропроводу движется насыщенный пар при давлении 1,0 МПа. Температура внешней поверхности изоляции 40° С. Ответ: Q = 231000 кДж. 12-16. Решить предыдущую задачу при изоляции трубопровода материалом с коэффициентом теплопроводности 0,14 Вт/(м × К). Остальные условия задачи оставить неизменными. 12-17. Определить тепловые потери 1 пог. м чугунной трубы диаметром 112/80 мм, если температура внутренней поверхности tст1= 120 °С, температура наружной поверхности tст2= 100 °С. Какова была бы допущена ошибка в определении тепловых потерь, если расчет произвести по формулам для плоской стенки? Ответ: ql = 234000 Вт/м; ошибка ~ 1,0%. 12-18. По паропроводу диаметром 100/90 мм движется перегретый пар с температурой 350 °С. Определить, какая должна быть толщина изоляции из асбестовой ваты, чтобы температура наружной поверхности была 60 °С, а тепловые потери не превышали 232 Вт/м. Ответ: δас= 69 мм; 12-19. Используя условия предыдущей задачи, определить толщину изоляции паропровода при ее выполнении из ньювеля. 12-20. По стальному трубопроводу диаметром 60/50 мм протекает горячая вода с температурой 140 °С. Расход воды 1,6 м3/ч. Трубопровод покрыт изоляцией толщиной 40 мм с коэффициентом теплопроводности 0,14 Вт/(м × К). Температура наружной поверхности изоляции 50 °С. Определить тепловые потери и падение температуры воды на 1 пог. м. Ответ: ql = 93 Вт/м; ∆t = 0,05 °С. 12-21. Решить предыдущую задачу, если толщина изоляции 20 мм. Остальные условия задачи сохранить. 12-22. Используя условие задачи 12-20, определить тепловые потери и толщину изоляции из асбестовой ваты, если падение температуры на 1 пог. м трубопровода составляет 0,15 оС. Ответ: ql = 280 Вт/м; δ = 8 мм. 12-23. По стальному паропроводу диаметром 220/200 мм, длиной 20 м движется насыщенный пар при давлении 1,6 МПа. Определить температуру наружной поверхности изоляции из совелита толщиной 100 мм, если потеря теплоты паропроводом составляет 2850 Вт. Ответ: t ст2 = 50 °С. 12-24. Для определения тепловых потерь трубопроводами в производственных условиях применяют прибор, называемый тепломером. Тепломер представляет собой резиновую ленту, плотно прижатую к наружной поверхности трубопровода. Температура наружной и внутренней поверхности ленты измеряется термопарами. Определить тепловые потери 1 пог. м трубопровода диаметром 160/150 мм с изоляцией из асбестовой ваты толщиной 90 мм, если падение температур по толщине резиновой ленты тепломера составляет ∆t = 2 °С. Толщина резиновой ленты 3 мм, коэффициент теплопроводности 0,163 Вт/мК. Определить также падение температуры в слое изоляции трубопровода. Ответ: ql =114 Вт/м; ∆t = 124 оС. 12-25. Главный паропровод от котла к машине диаметром 140 мм покрыт слоями стекловойлока толщиной 20 мм с коэффициентом теплопроводности 0,04 Вт/(м × К) и асбестового волокна толщиной 60 мм. По паропроводу движется насыщенный пар при давлении 1,6 МПа. Температура наружной поверхности изоляции 45° С. Определить потери теплоты на 1 пог. м паропровода и температуру на поверхности раздела слоев изоляции. Какой толщины изоляцию необходимо было бы выполнить из совелита при условии, что потери теплоты паропроводом остаются прежними? Ответ: ql = 89 Вт/м; t ст2 = 110 оС; δсов = 135 мм. 12-26. При выполнении тепловой изоляции из нескольких материалов, накладываемых последовательно слоями, получить совершенного соприкосновения между ними не удается. Поэтому в многослойных стенках наблюдается падение температуры на границах слоев. Определить падение температуры в составной стенке, состоящей из шамотного кирпича толщиной 230 мм с коэффициентом теплопроводности 0,93 Вт/(м × К) и листового асбеста толщиной 30 мм. Потери теплоты через составную стенку, определенные с помощью тепломера, составляют 722 Вт/м. Значения температур на наружной поверхности шамотного кирпича и листового асбеста, замеренные с помощью термопар, равны, соответственно, 500 и 80 °С. Ответ: ∆t = 56 °С. 12-27. Наружный диаметр главного паропровода 120 мм, температура пара 320 °С. Температура воздуха в машинном отделении t2 = 30 °С. Определить толщину изоляции из ньювеля при условии, чтобы температура на наружной поверхности изоляции не превышала 50 °С. Ответ: δ = 72 мм. 12-28. Решить предыдущую задачу, если по паропроводу течет насыщенный водяной пар при давлении 1,0 МПа. Остальные условия сохранить без изменений. 12-29. Решить задачу 12-27 при изоляции паропровода асбестовым волокном. Остальные условия задачи сохранить. 12-30. Решить задачу 12-27 при температуре наружной поверхности изоляции 65 оС. Остальные условия сохранить. 12-31. Бетонные трубы, имеющие диаметр 150×25 мм, надо проложить в грунте. Температура грунта на внешней поверхности труб может снизиться до –1,8 оС. Жидкость в трубах замерзает при температуре — 0,5 оС. Можно ли прокладывать трубы без теплоизоляции, если линейная плотность теплового потока через стенку трубы равна 21,6 Вт/м? Ответ: нет, tст= –0,72 оС 12-32. По чугунному трубопроводу диаметром 60×3,5 мм движется пар с температурой 325 оС. Коэффициент теплоотдачи от пара к трубе Ответ: а) ql = 1,14 кВт/м; б) ql = 0,37 кВт/м. 12-33. По стальному трубопроводу диаметром 1000×25 мм протекает газ с температурой 500 оС и коэффициентом теплоотдачи в трубе α1 = 35 Вт/(м2 × К). Снаружи труба покрыта двумя слоями изоляции: слоем асбослюды толщиной 200 мм (на поверхности трубы) и слоем бетона толщиной 250 мм. На внешней поверхности изоляции температура 50 оС. Определить потери теплоты трубопроводом длиной 40 м и температуру на поверхности контакта между слоями изоляции. Как изменятся потери теплоты, если слои изоляции поменять местами? Ответ: Q 12 = 59 кВт; t = 106 оС; Q 21 = 74,6 кВт. 12-34. Решить предыдущую задачу, если трубопровод изолирован, соответственно, слоями шлаковаты и асбеста той же толщины. Остальные условия задачи неизменны. 12-35. Как изменится коэффициент теплопередачи, если заменить стальные трубы диаметром 38×2,5 мм на медные такого же размера для следующих теплообменников: а) для воздушно-парового калорифера, в котором коэффициенты теплоотдачи α1 = 11000 Вт/(м2 × К) и α2 = 40 Вт/(м2 × К); б) для испарителя, где коэффициенты теплоотдачи α1 = 11000 Вт/(м2 × К) и α2 = 2300 Вт/(м2 × К)? Расчет произвести по формулам для плоской стенки. Ответ: а) практически не изменится; б) увеличится на 9%. 12-36. В газоводяном охладителе коэффициент теплоотдачи со стороны газов α1 = 58 Вт/(м2 × К), со стороны воды α2 = 580 Вт/(м2 × К). В испарителе со стороны греющего пара α1=11000, а со стороны кипящего раствора α2= 2800 Вт/(м2 × К). В обоих теплообменниках стальные трубы с толщиной стенки 3 мм покрыты слоем накипи толщиной 2 мм. Как изменится в этих аппаратах коэффициент теплопередачи по сравнению с чистыми трубами. Расчет выполнить по формулам для плоской стенки. Ответ: уменьшится: в 1,06 и в 3,22 раза. 12-37. В нагревательной печи, где температура газов 1000 оС, стенка сделана из трех слоев: динасового кирпича толщиной 60 мм, красного кирпича толщиной 250 мм и снаружи слоя изоляции толщиной 60 мм. Воздух в цехе имеет температуру 32 оС. Коэффициент теплоотдачи в печи от газов к стенке α1 = 170 Вт/(м2 × К), а снаружи — от изоляции к воздуху Ответ: для а) k = 0,83 Вт/(м2 × К); q = 803 Вт/м2; tиз = 590 оС. 12-38. По стальному трубопроводу диаметром 58 × 3,5 в цех из котельной подают горячую воду со скоростью 1,2 м/с. Вода входит в трубу с температурой 90 оС и имеет средний коэффициент теплоотдачи α1 = 2000 Вт/(м2 × К). Коэффициент теплоотдачи между трубой и окружающим воздухом α2= 35 Вт/(м2 × К). Какую теплопроводность должна иметь изоляция трубы, чтобы при ее толщине 21 мм падение температуры воды от котельной до цеха, расстояние между которыми 120 м, не превышало 2 оС? Ответ: λ = 0,2 Вт/(м × К). 12-39. Решить предыдущую задачу, если толщина изоляции не должна превышать 41 мм. Остальные условия неизменны. 12-40. Построить зависимость температуры стенки водогрейной трубы парового котла от толщины слоя накипи в пределах от 0 до 4 мм. Температура дымовых газов t1 = 1000° С; температура котловой воды 12-41. Построить кривую изменения тепловых потерь паропровода диаметром 15 мм в зависимости от толщины изоляции, изменяющейся в пределах от 0 (голый паропровод) до 150 мм, если температура пара Ответ: d кр = 50 мм. 12-42. Определить потери теплоты 1 пог. м паропровода диаметром 20 мм при критическом диаметре изоляции. Коэффициент теплопроводности изоляции 0,232 Вт/(м × К). Температура пара t1 = 150° С, температура окружающего воздуха t2 = 25° С. Определить также потери теплоты голым паропроводом. При какой толщине изоляции потери теплоты будут такими же, как и при отсутствии изоляции? Ответ: dкр = 43 мм; q кр = 211 Вт/м; q гт = 155 Вт/м; δ = 20 мм. 12-43. По паропроводу диаметром 110/100 мм и длиной 20 м движется перегретый пар давления 1,6 МПа и температуры t 1 = 350° С со скоростью 40 м/с. Какой толщины изоляцию из асбестового волокна необходимо наложить на паропровод, чтобы снижение температуры пара по длине паропровода составляло не более 3° С? Температура воздуха в машинно-котельном отделении t 2 = 30° С. Ответ: δ = 25 мм. 12-44. Для нанесения изоляции на паропровод диаметром 100 мм и длиной 10 м доставлено 12,8 кг стекловойлока с коэффициентом теплопроводности λ = 0,04 Вт/(м × К) и 158 кг асбозурита (λасб= 0,12 Вт/(м × К)). По паропроводу движется пар, температура которого t1= 200 °С. Определить, в каком порядке необходимо наложить изоляцию, чтобы тепловые потери на 1 пог. м были наименьшими. Каково значение потерь? Температура окружающего воздуха t2= 30 °С. Объемный вес стекловойлока 170 кг/м3, асбозурита — 700 кг/м3. Ответ: стекловойлок — асбозурит; потери составляют q = 81,5 Вт/м. 12-45. Плоская чугунная стенка толщиной 12 мм оребрена с наружной стороны. Коэффициент оребрения равен 9,0. Греющая среда — вода с температурой t1= 125 °С, нагреваемая — воздух с температурой Ответ: q р = 9250 Вт/м2; q = 1090 Вт/м2. 12-46. Определить количество теплоты, передаваемое дымовыми газами воде через оребренную стальную трубу диаметром 60/50 мм длиной 1 м, если коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке трубы и от стенки к воде соответственно равны α1 = 58 Вт/(м2 × К) и α2 = 5800 Вт/(м2 × К). Температура дымовых газов t1 = 260 °С, температура воды t2 = 80 °С. Ответ: q = 10100 Вт/м. 12-47. Количество теплоты, передаваемой через оребренную стальную трубу диаметром 44,5/38 мм, составляет ql = 14000 Вт/м. Греющая среда — воздух с температурой t1 = 300 °С, нагреваемая среда — вода с температурой t2 = 100 °С. Коэффициенты теплоотдачи: от воздуха к стенке трубы α1= 81 Вт/(м2 × К); от стенки трубы к воде Ответ: β = 7,35; h р = 24 мм.
Глава XIII.
Изучение явлений теплообмена в большинстве случаев основано на экспериментальных данных. Теоретической базой современного эксперимента является теория подобия. Теория подобия отвечает на следующие вопросы, которые необходимо знать при постановке любого эксперимента: 1. Какие величины измерять в опыте? — Все те величины, которые содержатся в критериях подобия изучаемого процесса. 2. Как обрабатывать результаты опыта? — В критериях подобия, а зависимость между ними представлять в виде критериальных уравнений. 3. На какие явления можно распространять результаты опытов и полученные уравнения? — На качественно одинаковые явления одного класса, условия однозначности которых подобны, а определяющие критерии численно равны. Критерием подобия называют безразмерный комплекс, являющийся мерой относительной интенсивности двух физических эффектов, существенных для исследуемого процесса. Таблица 13-1 Основные критерии подобия
|
|||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-10-24; просмотров: 1216; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.23.101.60 (0.185 с.) |