double arrow

Решение. 1.а) стенка стальная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность стали = 50 Вт/(м*К)


1.а) стенка стальная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность стали = 50 Вт/(м*К).

Находим коэффициент теплопередачи стальной стенки k:

Термическое сопротивление стали

Плотность теплового потока в стальной стенке:

Величина теплового потока Q численно равна плотности теплового потока q, т.к. площадь поверхности F =1 и время =1.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности в данном случае равен теплопроводности стали = 50 Вт/(м*К), т.к. стенка однослойная.

1. б) стенка медная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность меди = 350 Вт/(м*К);

1.в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи = 2 Вт/(м*К);

1. г) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи = 2 Вт/(м*К), поверх накипи имеется слой масла толщиной , теплопроводность масла = 0,1 Вт/(м*К);

1.д) то же, что и в случае г), но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной 0,2 Вт/(м*К).

Коэффициент теплопередачи в такой многослойной стенке

2. Примем плотность потока тепла для случая а) за 100%, подсчитаем плотности потоков тепла для остальных случаев:




3. Определим расчетным путем температуры всех поверхностей слоев стенки для случая д), для этого используем следующее уравнение:

а) температура на поверхности стенки со стороны газов

б) температура на границе между слоем сажи и сталью

в) температура на границе между стальной стенкой и слоем накипи

г) температура на границе между слоем накипи и слоем масла

д) температура на поверхности стенки со стороны воды

4. Проверим расчетные температуры графически.

Получили

5. Построим для случая д) линию падения температуры в стенке.

Задание 2.Конвективный теплообмен и теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку.

По горизонтальному стальному трубопроводу (рис.1), с внутренним и наружным диаметром соответственно D1 = 25мм и D2 = 32мм движется вода со средней скоростью wж1 = 0,03м/с. Средняя температура воды tж1 = 140 Трубопровод изолирован асбестом и охлаждается посредством естественной конвекции сухим воздухом с температурой tж2 = 22 Определить наружный диаметр изоляции, при котором на внешней поверхности изоляции устанавливается температура tст3 = 44 . Определить линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху k1 (Вт/м2К), потери теплоты с одного погонного метра трубопровода ql (Вт/м), а также температуру наружной поверхности стального трубопровода tст2.

Рассчитать, целесообразно или нет применять в качестве теплоизоляционного материала асбест? Приводит ли асбестовая изоляция к уменьшению теплового потока с поверхности трубопровода?



Применять следующие упрощающие предположения:

- течение воды в трубопроводе термически стабилизированное;

- между наружной поверхностью стального трубопровода и внутренней поверхностью изоляции существует идеальный тепловой контакт;

- считать, что теплопроводность стали 1=50 Вт/м*К и асбеста 2= 0,12 Вт/м*К не зависит от температуры.

Наружный диаметр изоляции должен быть рассчитан с такой точностью, чтобы температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной не более чем на 0,1

Решение.

1. Определим режим течения жидкости

Режим переходный.

2. Найдем коэффициент теплоотдачи α1, для этого сначала рассчитаем число Нуссельта

Т.к. температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся значением

, при этой температуре ст1=2,184

Отсюда

3. Найдем

Первое приближение; теплообмен между наружной поверхностью изоляции и воздухом – это свободная конвекция. Для этого случая критериальное уравнение такое:

0,25

а)

температурой воздуха и температурой поверхности изоляции:

б) труба расположена горизонтально и при свободной конвекции обтекается воздухом поперечно. При таком обтекании характерный размер – наружный диаметр изоляции, который пока неизвестен, поэтому в первом приближении будем считать .

0,25=14,77

4. Найдем наружный диаметр изоляции D3.

5. Определим линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху:



6. Определим потери теплоты с одного погонного метра трубопровода:

7. Определим температуру наружной поверхности стального трубопровода:

8. Рассчитаем эффективность асбестовой изоляции. Для этого найдем потери теплоты с неизолированного стального трубопровода:

и сравним его с найденной ранее величиной потерь с изолированного трубопровода. Очевидно, что изоляция асбестом в данном случае весьма эффективна.


Список рекомендуемой литературы

1. Транспортная энергетика: Учебник /Котиков Ю.Г., Ложкин В.Н. М.: Академия. – 2006 - 272 с.

2. Теплотехника: Учеб. для вузов /В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камодер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. – 4-е изд., испр.. – М.: Высшая шк.. 2003 – 671 с.: ил.

Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. Учебник для ВУЗов. – М.: «Машиностроение», 1973 – 348 с.







Сейчас читают про: