Задача 6. Определение плотности теплового потока и температуры в плоскости соприкосновения слоев

6.1 Условия для решения задачи

Определить плотность теплового потока q, Вт/м², проходящего через стенку котла, если толщина ее δ₁ = 20 мм, коэффициент теплопроводности

λ₁ = 50 Вт/(мּ К); стенка покрыта слоем накипи толщиной δ₂ =2 мм,

λ₂ =1 Вт/(мּ К). Температура на поверхности накипи t₁=250 °С, на наружной поверхности стенки – t₃= 200 °С. Найти температуру t₂ в плоскости соприкосновения слоев.

2. Пример решения задачи

Плотность теплового потока q, Вт/м² равна

(26)

Температура t₂, °С, в плоскости соприкосновения слоев

(27)

Задача 7. Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок

1. Условия для решения задачи

Плоская стальная стенка толщиной δ₁ = 10 мм омывается с одной стороны газами с температурой t _Ж1 = 310 °С, а с другой изолирована от окружающего воздуха, имеющего температуру t _Ж2 = 10 °С, плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ₂ = 15 мм.

Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок, если известно, что коэффициент теплопроводности стали λ₁ = 40 Вт/(мּ К), а материала изоляционной пластины λ₂ = 0,15 Вт/(мּ К). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁ = 25 Вт/(м²ּ К), а от пластины к воздуху α₂ = 10 Вт/(м²ּ К).

2. Пример решения задачи

Полное термическое сопротивление R, (м^2.К)/Вт плоской многослойной стенки

(28)

Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м^2.К)

(29)

По уравнению теплопередачи плотность теплового потока q, Вт/м²

q = k (t _Ж1 − t _Ж2) (30)

Температура t₁, °С, на поверхности стальной стенки

(31)

на границе между стальной стенкой и изоляционной пластиной, t₂, °С

(32)

на поверхности изоляционной пластины, t₃, °С

(33)

Задача 8. Определить средний коэффициент теплоотдачи

1. Условия для решения задачи

Через трубу диаметром d=50 мм и длиной =3 м со скоростью w=0,8 м/с протекает вода. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды t _Ж = 50 °С, а температура стенки t_С=70 °С

2. Пример решения задачи

При t_Ж = 50 °С, λ_Ж = 0,648 Вт/(мּ К), ν_Ж = 5,56ּ 10^-7 м²/с, Рr_Ж = 3,54, Рr_С = 2,55 при t_С = 70 °С (табл. приложение 1).

Определим режим течения воды Re:

(34)

режим турбулентный. В этом случае критериальное уравнение имеет вид

(35)

(36)

, Вт/(м^2.К) (37)

Так как , то поправка на влияние длины трубы 1.

Задача 9. Определение количества сухого насыщенного пара давлением, сконденсированного в стальном трубопроводе

1. Условия для решения задачи

Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением 0,198 МПа сконденсируется в стальном горизонтальном трубопроводе диаметром d=140 мм на длине =12 м, если он находится в кирпичном канале aּ b=0,5ּ 0,5 м, температура стенок канала t₂ =20 °С. Коэффициент теплоотдачи при естественной конвенции в канале α_К =12 Вт/(м²ּ К).

2. Пример решения задачи

Температура пара t_Н = f (р), t_н = 120 °С; считать температуру стенки паропровода равной t_Н, t₁ = t_Н .

Боковые поверхности трубы F₁, м², и канала F₂, м²

F₁ = π d (38)

F₂= 2 (a+b)ּ (39)

Коэффициент лучистого теплообмена α_Л, Вт/(м^2.К)

(40)

где ε _ПР - приведенная степень черноты системы,

С_o=5,7 Вт/(м²ּ К⁴)

(41)

ε₁=0,7, ε₂ =0,82.

Суммарный коэффициент теплоотдачи α, Вт / (м^{2 .} К) от стального паропровода к воздуху в канале

α = α_Л + α_К (42)

Потери теплоты Q, Вт. в паропроводе

Q = α F₁( t₁ − t₂ ) (43)

Количество конденсируемого пара D, кг/ч

(44)

где r, - скрытая теплота парообразования, выбирают по давлению р из таблицы приложения.