Теплотехнические свойства материалов

Теплопроводность – свойство материала передавать теплоту от одной поверхности к другой. Теплопроводность материала λ (Вт/м оС) характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 секунду при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 оС.	гдеQ – количество теплоты, прошедшее через материал; τ – время в секундах; F – площадь в м; t1 и t2температура соответственно горячей и холодной поверхностей; δ – толщина материала. Количество теплоты проходящей через материал стены: . Теплопроводность однородного материала и его относительная плотность связывается зависимостью (формула Некрасова): .
При теплотехнических расчетах зданий используется производная от λ – термическое сопротивление слоя материала R (м2 оС/Вт).	Термическое сопротивление слоя материала: Если материал состоит из нескольких различных слоев, то: При расчете ограждающих конструкций учитывают коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности αв (во всех задачах принимается 8,7) и коэффициент теплоотдачи наружной поверхности αн (во всех задачах принимается 23):
Теплоемкость – свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Характеризуется удельной теплоемкостью с(кДж/кг оС). – количество теплоты поглощаемое материалом при его нагреве на 1 оС. Количество теплоты поглощаемое материалом , где m – масса материала, Δt –разница температур.
Условное топливо – условная характеристика, позволяющая оценивать потребность в энергоресурсах, без учета их вида и теплоты сгорания (низшая теплота сгорания условного топлива 29,3 МДж/кг).

 

Примеры решения задач

 

Пример 1. Определить коэффициент теплопроводности материала, если его средняя плотность в сухом состоянии равна 1850 кг/м³.

Решение

Ориентировочно определить по формуле Некрасова:

.

Находим относительную плотность d:

Тогда

Пример 2. Какое количество тепла проходит через 100 м² поверхности стены из вермикулитобетона () толщиной 40 см за 1 час, если наружная поверхность стены имеет температуру , а внутренняя . Какое количество условного топлива необходимо для компенсации этих теплопотерь.

Решение

Количество теплоты проходящей через материал стены:

где τ – время в секундах; F – площадь в м; t₁ и t₂ температура соответственно горячей и холодной поверхностей; δ – толщина материала,м.

Находим массу условного топлива:

 

Пример 3. Какое количество теплоты потребуется на повышении температуры внутренней стены из тяжелого бетона (; ) толщиной 30 см и площадью 40 м² при повышении температуры в помещении на 10 ^оС.

Решение

Количество теплоты, необходимое для повышения температуры массивной конструкции зависит от ее массы и коэффициента теплоемкости материала. Поэтому находим массу внутренней стены:

 

Задача №2.

2.1. Определить среднюю плотность образца горной породы, если его масса в сухом состоянии равна 100 г, а масса пропарафиненного образца 107 г. Объем образца с парафином равен 62 см³, а плотность парафина равна 900 кг/м³.

2.2. Определить среднюю плотность образца горной породы, если его масса в сухом состоянии равна 100 г, а масса пропарафиненного образца 105 г. Объем образца с парафином равен 60 см³, а плотность парафина равна 0,9 т/м³.

2.3. Определить среднюю плотность образца горной породы, если его масса в сухом состоянии равна 100 г, а масса пропарафиненного образца 104 г. Объем образца с парафином равен 61 см³, а плотность парафина равна 0,9 г/см³.

2.4. Какое количество тепла проходит через каждый 1 м² поверхности кирпичной стены за 1 час, если наружная поверхность стены толщиной α = 51 см имеет температуру t₁ = -28ºС, а внутренняя t₂ = +22ºС?

2.5. Какое количество тепла проходит через каждый 1 м² поверхности стены из шлакобетона за 5 часов, если наружная поверхность стены толщиной α = 0,51 м имеет температуру t₁ = -25ºС, а внутренняя t₂ = +20ºС?

2.6. Какое количество тепла проходит через каждый 1 м² поверхности стены из тяжелого бетона за 3 часа, если наружная поверхность стены толщиной α = 0,51 м имеет температуру t₁ = -20ºС, а внутренняя t₂ = +18ºС?

2.7. Какое количество тепла проходит через каждый 1 м² поверхности стены из пенобетона за 2 часа, если наружная поверхность стены толщиной α = 0,51 м имеет температуру t₁ = -15ºС, а внутренняя t₂ = +19ºС?

2.8. Определить относительное удлинение ɛ, величину нормального напряжения σ и модуль упругости стали Е, если при растяжении стального стержня длиной 50 мм и площадью поперечного сечения F = 150 мм², абсолютная длина равна 0,00625 мм при действующей нагрузке Р = 375 кг.

2.9. Определить относительное удлинение ɛ, величину нормального напряжения σ и модуль упругости стали Е, если при растяжении стального стержня длиной 150 мм и площадью поперечного сечения F = 100 мм², абсолютная длина равна 0,01875 мм при действующей нагрузке Р = 250 кг.

2.10. Определить относительное удлинение ɛ, величину нормального напряжения σ и модуль упругости стали Е, если при растяжении стального стержня длиной 200 мм и площадью поперечного сечения F = 250 мм², абсолютная длина равна 0,025 мм при действующей нагрузке Р = 625 кг.

2.11. Образец древесины дуба весом 80 г высушивался при температуре 100 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 65 г, при втором 58 г, при третьем 56 г, при четвертом 56 г. Определить влажность древесины.

2.12. Образец древесины сосны стандартных размеров весом 9,2 г высушивался при температуре 110 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 8,9 г, при втором 8,0 г, при третьем 7 г, при четвертом 7 г. Определить влажность сосны и ее среднюю плотность.

2.13. Образец древесины пихты стандартных размеров весом 8,9 г высушивался при температуре 105 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 7,8 г, при втором 7,2 г, при третьем 6,6 г, при четвертом 6,6 г. Определить влажность пихты и ее среднюю плотность.

2.14. Образец древесины дуба стандартных размеров весом 9,7 г высушивался при температуре 110 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 8,2 г, при втором 7,9 г, при третьем 7,4 г, при четвертом 7,4 г. Определить влажность дуба и его среднюю плотность.

2.15. Камневидный материал в виде образца кубической формы, ребро которого равно 6,5 см, в сухом состоянии имеет массу 495 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное наименование материала.

2.16. Камневидный материал в виде образца параллелепипеда с размерами 4х4х16 см в сухом состоянии имеет массу 461 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное наименование материала.

2.17. Камневидный материал в виде образца куба с ребром 5 см в сухом состоянии имеет массу 225 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное наименование материала.

2.18. Определить среднюю плотность образца горной породы, если его масса в сухом состоянии равна 101 г, а масса пропарафиненного образца 108 г. Объем образца с парафином равен 62,5 см³, а плотность парафина равна 0,9 г/см³.

2.19. Определить среднюю плотность образца горной породы, если его масса в сухом состоянии равна 100 г, а масса пропарафиненного образца 106 г. Объем образца с парафином равен 60,5 см³, а плотность парафина равна 0,9 т/м³.

2.20. Определить среднюю плотность образца горной породы, если его масса в сухом состоянии равна 100 г, а масса пропарафиненного образца 105 г. Объем образца с парафином равен 61,5 см³, а плотность парафина равна 9000 кг/м³.

2.21. Образец древесины дуба стандартных размеров весом 9,9 г высушивался при температуре 110 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 9,1 г, при втором 8,6 г, при третьем 8,2 г, при четвертом 8,2 г. Определить влажность дуба и его среднюю плотность.

2.22. Образец древесины сосны стандартных размеров весом 9,1 г высушивался при температуре 110 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 8,6 г, при втором 8,0 г, при третьем 7,5 г, при четвертом 7,5 г. Определить влажность сосны и ее среднюю плотность.

2.23. Образец древесины дуба стандартных размеров весом 10,2 г высушивался при температуре 110 С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался равным 9,1 г, при втором 8,6 г, при третьем 8,2 г, при четвертом 8,2 г. Определить влажность дуба и его среднюю плотность.

2.24. Какое количество тепла проходит через каждый 10 м² поверхности стены из шлакобетона за 2 часа, если наружная поверхность стены толщиной 60 см имеет температуру t₁ = -27ºС, а внутренняя t₂ = +18ºС?

2.25. Какое количество тепла проходит через каждый 20 м² поверхности стены из тяжелого бетона за 5 часов, если наружная поверхность стены толщиной 58 см имеет температуру t₁ = -15ºС, а внутренняя t₂ = +19ºС?

2.26. Камневидный материал в виде образца кубической формы, ребро которого равно 6,6 см в сухом состоянии имеет массу 498 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное наименование материала.

2.27. Камневидный материал в виде образца параллелепипеда с размерами 40х40х160 мм, в сухом состоянии имеет массу 464 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное наименование материала.

2.28. Камневидный материал в виде образца куба с ребром 5,5 см, в сухом состоянии имеет массу 234 г. Определить коэффициент теплопроводности (ориентировочный) и возможное наименование материала.