Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу 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 |
Теплоизоляция горячих поверхностейСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Для теплоизоляции применяют материалы, теплопроводность λ которых при температуре t = 50…1000С меньше 0,2 Вт/(м×К). Если температура изолируемого объекта высокая, применяется многослойная теплоизоляция: сначала ставится материал, выдерживающий высокую температуру (высокотемпературный слой), а затем более эффективный материал с точки зрения теплоизоляционных свойств. Толщина высокотемпературного слоя должна обеспечить на его поверхности температуру, не превышающую предельную температуру применения следующего слоя. Снаружи для повышения долговечности теплоизоляции целесообразно устраивать алюминиевые кожухи. Тепловая изоляция, повышая рабочую температуру изолированных элементов, может резко сократить их срок службы. Решение о теплоизоляции должно быть проверено расчетом допустимых тепловых потерь объекта. Целью расчета теплоизоляции является определение толщины слоя теплоизоляционного материала для обеспечения заданной температуры наружной поверхности оборудования и температуры воздуха в рабочей зоне. Расчет производится с помощью теории подобия: процессы теплопередачи рассматриваются с использованием критериев подобия Грасгофа, Нуссельта, Прандтля [18]. Критерий Грасгофа отражает соотношение между подъемной силой, побуждающей всплывать нагретую массу среды, и силой вязкостного трения, препятствующей подъему нагретой массы для случая свободной конвекции:
, (72) где g – ускорение свободного падения, м/с2 (g = 9,81); L – характерный размер тела, м (для цилиндра – диаметр, для горизонтального параллелепипеда – ширина, для вертикального параллелепипеда – высота); ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/с (таблица 29); Тиз – температура на изолированной поверхности, К; Тв – температура воздуха в помещении, К; β – коэффициент объемного расширения, К-1:
.
Критерий Нуссельта характеризует отношение между интенсивностью теплоотдачи и температурным полем в пограничном слое потока:
, (73) где Pr – критерий Прандтля, учитывающий физические свойства среды и ее способность к распространению теплоты (таблица 29); с и n – эмпирические коэффициенты (таблица 30).
Таблица 29 Коэффициенты кинематической вязкости, теплопроводности воздуха и критерий Прандтля
Таблица 30 Эмпирические коэффициенты с и n для определения критерия Нуссельта
Коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху путем лучеиспускания αл, Вт/ (м2×К):
(74) где С0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м2×К4, С0 = 5,7; ε – степень черноты тела (таблица 31); Твн – температура внутри аппарата, К (Твн = 273 + tвн); Тиз – температура на изолированной поверхности, К.
Таблица 31 Степень черноты e при полном излучении различных материалов
Коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху конвекций αк, Вт/(м2×К):
, (75) где λ – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м×К) (таб-
Суммарный коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху α, Вт/(м2×К):
. (76)
Количество теплоты, отдаваемое единицей поверхности тела в единицу времени в окружающую среду q, Вт/м2:
. (77)
Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м2×К):
. (78)
Толщина теплоизоляции δизол, м:
(79) где λизол – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м2×К) (таблица 32); δст – толщина изолируемой стенки м; λст – коэффициент теплопроводности изолируемой стенки, Вт/(м2×К) (таблица 32). Таблица 32 Коэффициент теплопроводности λ
Примеры решения задач
ПРИМЕР 3.1. Рассчитать толщину теплоизоляции аппарата, изготовленного из углеродистой шлифованной стали. Толщина стенки dст = 10 мм, температура среды в аппарате 1180С. Характерный размер цилиндрического аппарата – диаметр
РЕШЕНИЕ. По таблице 29 интерполяцией определяем необходимые значения для температуры воздуха Tв = 296 K; ν = 15,33×10-6; Критерий Грасгофа:
Критерий Нуссельта:
Коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху путем лучеиспускания αл, Вт/(м2×К):
Коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху конвекцией αk, Вт/(м2×К):
Суммарный коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м2×К):
Количество теплоты, отдаваемое единицей поверхности тела в единицу времени, q, Вт/м2:
Коэффициент теплоотдачи k, Вт/(м2×К):
Толщина теплоизоляции δизол, м:
Задачи для самостоятельного решения
ЗАДАЧА 3.8. В помещении с повышенной пожарной опасностью находится теплоизлучающее оборудование, характеристики которого приведены в таблице 33. Категория тяжести физических работ, выполняемых в помещении, указана по вариантам в таблице 33. Выбрать материал теплоизоляции для обеспечения на поверхности оборудования температуры не выше 35оС, определить необходимую его толщину с условием создания нормативных значений температуры воздуха на рабочем месте. Таблица 33 Варианты заданий к задаче 3. 8
Теплозащитные экраны
Теплозащитные экраны применяют для локализации источников лучистой теплоты и уменьшения облученности на рабочих местах. По принципу действия экраны делят на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. По степени прозрачности они могут быть непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные (таблица 34). Для отражающих непрозрачных экранов используют материалы с небольшой степенью черноты: альфоль (алюминиевую фольгу), алюминий листовой, белую жесть, алюминиевую краску, оцинкованное железо и т.п. Экран состоит из несущего каркаса, отражающей поверхности и деталей крепления к экранируемому оборудованию (рис. 12). Отражающие экраны имеют малую массу, но нестойки при высоких температурах и к механическим воздействиям. Загрязнение экранов или окисление поверхности снижают их эффективность. Свойства некоторых материалов приведены в таблице 35. Теплоотражающие экраны для трубопроводов изготавливаются в виде квадратных коробов или полуцилиндрических скорлуп, оклеенных внутри альфолем. При температуре трубопровода выше 900С необходим двойной экран. В качестве полупрозрачных теплопоглощающих экранов используют металлические сетки с размером ячейки 3…3,5 мкм, цепные завесы, орошаемые водой, армированное стальной сеткой стекло. Эти экраны имеют эффективность до 75 %. Их применяют при интенсивности облучения 0,7…2,1 кВт/м2. Металлические сетки применяют при интенсивности облучения до 0,35…1,05 кВт/м2, эффективность экранов из сетки в один слой – 33 … 50 %, два слоя – 57…74 %. Таблица 34 Теплозащитные экраны
Рис. 12. Конструктивные схемы непрозрачных экранов: а) экран из альфоля, уложенного рядами в воздушных прослойках; б) экран из скомканного альфоля в воздушных прослойках; в) комбинированный экран; 1 – металлический лист; 2 – слой альфоля; 3 – слой теплоизоляционного материала; 4 – профилированный алюминиевый лист; 5 – рамка
Таблица 35 Свойства материалов теплоотражающих экранов
Прозрачные теплопоглощающие экраны изготавливают из бесцветных или окрашенных стекол (силикатных, кварцевых, органических). Их эффективность зависит от спектрального состава излучения. Обычное оконное стекло толщиной 1 мм используется при длине волны излучения более 5 мкм. При длине волны в диапазоне 0,78…5 мкм требуется применять стекло толщиной 5…6 мм (таблица 36).
Таблица 36 Интенсивность облучения Е и эффективность экранов ηэ из силикатного стекла
Водяные завесы рекомендуется применять при интенсивности облучения 0,35…1,4 кВт/м2. Водяные пленки толщиной до 15 мм заметно поглощают тепловые лучи с длиной волны более 1,9 мкм, а сильно поглощают – лучи более 3,2 мкм. Поэтому они пригодны для экранирования источников с температурой до 800о С. При толщине слоя воды 15…20 мм, полностью поглощаются лучи с длиной волны более 1 мкм (температура источника до 1800о С). Водяные завесы устраивают двух типов: переливные (с подачей воды сверху) и напорные (с подачей воды снизу под давлением). Эффективность поглощения излучения водяной завесой составляет 80…90 %. Для отсоса пара и увлажненного воздуха необходимо устройство вытяжного зонта. Толщина завесы х, мм, при которой обеспечивается допустимая плотность потока инфракрасного излучения Едоп, Вт/м2, определяется из формулы: (80) где Е – плотность потока излучения в данной точке без завесы, Вт/м2; δ – коэффициент ослабления потока мутной средой, мм-1 (для воды δ = 1,3). Аквариумные экраны, представляющие собой коробку из стекол, заполненную чистой проточной водой с толщиной слоя воды 15…20 мм, имеют коэффициент эффективности до 93 % и рекомендуются при интенсивности облучения до 2,0 кВт/м2. Эффективность установки теплозащитного экрана hэ оценивается долей задержанной теплоты и определяется по формуле:
(81) где m – кратность ослабления теплового потока.
, (82) где Е1 и Е2 – интенсивность теплового облучения на рабочем месте соответственно до и после установки экранов, Вт/м2; eи, р и eи, э – приведенная степень черноты соответственно источника и рабочего места; источника и экрана; n – количество экранов.
Приведенная степень черноты e учитывает неполное поглощение лучистого потока теплоты реальными (серыми) телами и отраженные потоки. Приближенное её значение рассчитывается по формуле:
(83) где e1 и e2 – степень черноты тел, участвующих в теплообмене (таблица 31). Поглощающую способность воздуха принимаем e в = 0,82.
Целью расчета экранов является определение необходимого их числа (или слоев экрана) для обеспечения допустимых значений температуры воздуха на рабочем месте и интенсивности теплового излучения. Температура внутренней (обращенной к источнику) поверхности экрана из металлических листов без теплоизоляции Тэ, К [29]:
(84) где eи, э – приведенная степень черноты наружной поверхности источника и экрана (по формуле 83); Ти – температура экранируемой поверхности источника, К; Тв – среднее значение температуры воздуха в рабочей зоне, К.
Необходимое число экранов, n:
(85) где eэ, р и e и, р – приведенная степень черноты соответственно экрана и рабочего места; источника и рабочего места.
Расход воды на охлаждение теплоотводящих экранов определяется из теплового баланса экрана:
(86) где 0,93 – коэффициент, учитывающий неполноту поглощения, падающего на экран теплового излучения; Тэ – температура поверхности экрана, К; Твх и Твых – температура входящей и выходящей воды, К; С0 – коэффициент абсолютно черного тела; ; e и, р – приведенная степень черноты источника и рабочего места; F – площадь поверхности экрана, м2.
Примеры решения задач
Пример 3.2. Провести расчет числа экранов для защиты от теплового облучения источника из окисленной шероховатой стали с температурой наружной поверхности 500 К. Температура воздуха в рабочей зоне 250С (298 К).
Решение: Рассчитаем отражающий непрозрачный экран из полированного алюминия. По таблице 31 определяем степень черноты источника eи = 0,8 и экрана eэ = 0,04. Приведенная степень черноты наружной поверхности источника и экрана eи, э:
.
Температура внутренней поверхности экрана Тэ, к:
Приведенная степень черноты экрана и рабочего места eэ, р:
Приведенная степень черноты источника и рабочего места, eи, р:
Необходимое число экранов n, шт.: Принимаем один экран из полированного алюминия или выбираем для экрана более дешевый материал с меньшей отражающей способностью. Кратность ослабления рассчитанного экрана по формуле (82):
Эффективность установки экрана:
Задачи для самостоятельного решения
ЗАДАЧА 3.9. Плотность потока энергии инфракрасного излучения от остывающих после ковки металлических изделий составляет на рабочем месте 600 Вт/м2. Определить необходимую толщину переливной водяной завесы для обеспечения безопасности работников при тепловом облучении более 50 % поверхности тела.
ЗАДАЧА 3.10. Определить эффективность двойного теплоотражающего экрана из стального листа, если источником инфракрасного излучения является чугунное литье.
ЗАДАЧА 3.11. Рассчитать эффективность установки теплозащитных экранов. Исходные данные по вариантам приведены в таблице 37.
Воздушное душирование
Воздушное душирование применяется при воздействии на работника теплового облучения интенсивностью 0,35…2,1 кВт/м2, а также 0,175…0,35 кВт/м2 при площади излучающих поверхностей в пределах рабочего места более 0,2 м2, а также при нагреве воздуха рабочей зоны конвективным теплом до температуры, выше допустимой по ГОСТ 12.1.005. Таблица 37 Исходные данные к задаче 3.11
При интенсивности облучения свыше 2,1 кВт/м2 воздушный душ не может обеспечить необходимого охлаждения. В этом случае кроме душирования необходимы другие мероприятия: теплоизоляция, экранирование, комнаты отдыха. Душирующие установки должны обеспечивать в рабочей зоне следующие температуры и скорости движения воздуха: – при тепловом облучении интенсивностью 140 кВт/м2 и более – по нормам, приведенным в таблице 38; – при борьбе с конвективным теплом – по нормам, приведенным в таблице 39; – при борьбе с вредными газами и парами (при отсутствии и незначительном количестве тепловыделений) – нормы в таб- Для обеспечения на рабочем месте допустимых значений температуры воздуха ось воздушного потока направляют на грудь человека горизонтально или под углом 45 градусов. Воздушное душирование устраивается также при производственных процессах с выделением вредных газов и паров, если невозможно применение местных укрытий и отсосов. Для обеспечения допустимых концентраций вредных веществ ось струи направляют в зону дыхания горизонтально или под углом Расстояние от кромки душирующего патрубка до рабочего места должно быть не менее 1 м. Минимальный диаметр патрубка принимают равным 0,3 м. На постоянных рабочих местах расчетную ширину рабочей площади принимают равной 1 м. При душировании фиксированных рабочих мест наружным или охлажденным внутренним воздухом следует применять цилиндрические насадки или поворотные душирующие патрубки типа ППД (рис. 13, таблица 40), а необработанным внутренним воздухом – аэраторы с неподвижной головкой малой производительности типа ВА. При душировании площадок, в пределах которых находятся рабочие, наружным или охлажденным внутренним воздухом следует применять патрубки с верхним подводом воздуха типа ПДв (рис.14, таблица 41) или патрубки с нижним подводом воздуха типа ПДн (рис.15, таблица 42), а необработанным внутренним воздухом – поворотные аэраторы ПАМ-24 (рис. 16), ВА и воздухораспределительные устройства типа ВГК (таблица 43). Агрегат ПАМ-24 состоит из осевого вентилятора диаметром 800 мм с электродвигателем на одном валу и имеет автоматическое устройство, поворачивающее вентилятор на угол до 600 11 раз в минуту. Дальнобойность струи 20 м. Для равномерного распределения потока воздуха по всему сечению выходного отверстия патрубков ПДв и ПДн размещены лопатки-рассекатели. Изменение угла наклона лопаток решетки в сочетании с возможным поворотом патрубка вокруг оси воздуховода за счет шарнира позволяют получить любое необходимое направление душирующего потока воздуха. При расчете воздушных душей определяют необходимую скорость v0 выхода воздуха из патрубка и расхода воздуха через него для обеспечения нормативных параметров микроклимата на рабочих местах (таблица 39).
Таблица 38 Нормы температур и скорости движения воздуха при воздушном душировании
Таблица 39 Оптимальные и допустимые нормы температуры и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений
Таблица 40 Технические данные душирующих поворотных патрубков типа ППД
Рис. 13. Душирующий патрубок поворотный типа ППД: 1 – верхнее звено; 2 – опорные решетки; 3 – среднее звено; 4 – шарнир; 5 – нижнее звено Таблица 41 Технические данные душирующих патрубков типа ПДв
Таблица 42 Технические данные душирующих патрубков типа ПДн
Таблица 43 Технические данные воздухораспределительных устройств типа ВГК
При защите от теплоизбытков определяют отношение разностей температур: (87) где tp.з. – температура воздуха в рабочей зоне, 0 |
Познавательные статьи:
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-26; просмотров: 1209; 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 - 3.138.105.4 (0.016 с.)