Теплообмен излучением в топочном объёме.

Для анализа процесса горения и теплообмена в топочном объёме определяют действительную температуре газа на выходе из топки – t _Т (номограмма, рис. 4-55[7]). По этой температуре, используя диаграмму i-t, можно найти значение теплосодержания продуктов сгорания и количество тепла, переданного поверхностями нагрева, расположенными в топочном пространстве. На номограмме (см. рис. 50) между правыми (верхней и нижней) четвертями нанесена i-t –диаграмма (жидкое топливо) при коэффициенте избытка воздуха α=1,15 (нижний ряд цифр – теплосодержание газа, над ним теоретическая температура газов t _а).

Для определения температуры газов необходимо знать следующие исходные величины:

р - давление в топке, ата;

V _Т - объём топки, м³;

F - суммарную поверхность стен топки, м²;

  Н _л - суммарную радиационную поверхность нагрева м²;

β - коэффициент, зависящий от типа сжигаемого топлива (β=0,75 для жидких топлив и твёрдых с выходом летучих более 18%);

В _р - расход топлива, кг/ч;

Q_Т - количество тепла, выделяющегося при сгорании 1кг топлива, ккал/кг;

ξ - коэффициент, характеризующий степень загрязнения поверхностей нагрева (при сжигании жидких топлив ξ =0,9, при зашипованных экранах - 0,2, закрытых шамотным кирпичом – 0,1).

 

Радиационная поверхность нагрева:

Н _л = Σ F_i х_i и F = Σ F_i,

Где F_i – площадь стены, закрытая экраном или котельным пучком с угловым коэффициентом х_i (см. рис. 51[7]).

 

Порядок определения t _Т.

Предварительно определяют следующие величины:

V _Т р/F; ψ=Н _л /F;       В _р Q_Т /ξ Н _л и t _а (по диаграмме i-t). Задаются значением – и откладывают его на правой нижней четверти номограммы (см. рис. 50[7]), а затем следуют, как показано пунктиром, до пересечения с вертикальной линией t _а в правой верхней четверти. Точка пересечения этих линий указывает действительную температуру t _Т на выходе из топки. Если принятое предварительно и найденное значение не совпадают, указанные операции повторяют до полного совпадения обоих значений t _Т.

 

Задачи.

Бетонная отопительная панель представляет собой плиту, в которой имеются нагревательные элементы — каналы змеевиковой или колончатой формы с теплоносителем.

Для изготовления панелей используют тяжелый бетон, обладающий достаточно высокой теплопроводностью [например, теплопроводность λ_б=1,51 Вт/(м·К) или 1,3 ккал/(ч·м·°С) при 0°С и плотности в сухом состоянии 2400 кг/м³] и коэффициентом линейного расширения

Чаще всего каналы для теплоносителя образуют стальные трубы, коэффициент линейного расширения которых весьма близок к коэффициенту расширения бетона (коэффициенты равны при температуре около 55° С).

Заделка труб в бетон дает существенный теплотехнический эффект — увеличивается теплопередача труб по сравнению с открыто проложенными. Это явление основано на известной закономерности: теплопередача трубы, изолированной теплопроводным материалом, возрастает с увеличением толщины слоя покрытия. Возрастание происходит до некоторого «критического» значения внешнего диаметра d_Kp изолированной трубы, полученного из уравнения, если считать α_н не изменяющимся.

Для бетонного цилиндра вокруг трубы при коэффициенте наружного теплообмена около 11,6 Вт/(м²·К) или 10 ккал/(ч·м²·°С) «критический» диаметр равен приблизительно 220 мм.

Возрастание теплопередачи обетонированной трубы объясняется увеличением внешней теплоотдающей поверхности, которая с ростом, диаметра развивается быстрее, чем сопротивление теплопроводности слоя бетона.

Теплопередача не одной, а ряда труб в бетонной панели, приведенная к 1 м, несколько ниже теплопередачи одиночной трубы в бетоне и зависит от расстояния между трубами (шага труб, обозначенного буквой s) и их положения в панели.

Общая задача-1. Определить, как изменится теплоотдача стальной трубы (длина L_тр=2м) диаметром d_тр=32мм с толщиной стенки δ=3мм после бетонирования её (при диаметре бетонного цилиндра d_бт)? Коэффициенте наружного теплообмена считать постоянным и равным α_н =11,6 Вт/(м²·К). Коэффициенте внутреннего теплообмена от воды к стенке считать постоянным и равным α_вн=1000Вт/(м²·К). Теплопроводность бетона считать постоянной и равной  λ_б=1,51 Вт/(м·К). Теплопроводность стали считать постоянной и равной  λ_ст=70 Вт/(м·К) Температура теплоносителя t_в=60°С. Температура воздуха в помещении t_воз=18°С. Формулы для расчёта на стр. 69.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
dбт,мм	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190

 

Вариант	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
dбт,мм	250	260	270	280	290	400	510	620	730	840

 

Общая задача-2. Для уменьшения тепловых потерь через стены здания и повышения температуры внутренней поверхности кирпичной стены толщиной δ_ст применена изоляция слоем минеральной ваты толщиной δ_из в двух вариантах (установка снаружи и установка внутри). Требуется определить теплопотери ΔQ (1м² площади стены) в обоих вариантах и температуру стены со стороны помещения и выбрать наивыгоднейший из них. Формулы для расчёта на стр. 68. Для решения принять:

· Температуру воздуха внутри помещения 20°С;

· Температуру наружного воздуха -20°С;

· Теплопроводность минеральной ваты считать постоянной и равной  λ_из=0,05 Вт/(м·К);

· Теплопроводность кирпичной кладки считать постоянной и равной  λ_ст=0,93 Вт/(м·К);

· Коэффициенте наружного теплообмена считать постоянным и равным α_н =6 Вт/(м²·К);

· Коэффициенте внутреннеготеплообмена считать постоянным и равным α_н =12Вт/(м²·К).

 

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
δст,мм	600	600	600	600	500	500	500	500	400	400	400	400
δиз,мм	50	75	100	125	50	75	100	125	50	75	100	125

 

Вариант	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
δст,мм	300	300	300	300	700	700	700	700	800	700	700	700	700
δиз,мм	50	75	100	125	50	75	100	125	50	75	100	125	25

 

Контрольные вопросы.

1. Назовите и опишите все виды теплообмена.

2. Что называется сложным теплообменом?

3. Что называется градиентом температур?

4. Что такое теплопроводность?

5. Что называется конвективным теплообменом?

6. Какие режимы теплоносителей бывают на практике?

7. Перечислите основные факторы, влияющие на интенсивность конвективного теплообмена.

8. Объясните механизм передачи тепла излучением.

9. Приведите примеры сложного теплообмена применительно к жилым и и производственным зданиям.