Вопрос 11 Передача тепла теплопроводностью.

При нагреве и охлаждении материалов, защитных и изолирующих конструкций происходит передача тепла теплопроводностью. Этот вид теплообмена осуществляется в условиях тесного соприкосновения между отдельными частицами тела и неравенства температур в отдельных точках тела или пространства. Тепло передается за счет колебательных движений частиц тела. Например, при передаче тепла через стенку, чем меньше значение коэффициента теплопроводности материала стенки Яст. тем меньше тепла уйдет через стенку. Низкие значения коэффициента теплопроводности имеют воздух (Я=0,023), теплоизоляционный кирпич (Х=0,175-=-0,33), сухой песок (Я=0,32). С увеличением температуры и особенно влажности коэффициент теплопроводности для многих материалов возрастает.

Вопрос 12 Передача тепла конвекцией.

Передача тепла конвекцией заключается в том, что перенос тепла на границе стенка – газ осуществляется за счет непрерывно подходящих к стенке новых частичек газа, которые либо уносят с собой тепло, либо отдают его стенке. Обычно перенос тепла происходит одновременно как теплопроводностью, так и конвекцией. Во многих процессах (например, при горении топлива в камере) передача тепла осуществляется излучением. Излучение возникает в результате превращения части тепловой энергии в лучистую.

  При обжиге известняка в печах разных конструкций теплообмен происходит разными способами. Например, в зоне подогрева шахтной печи передача тепла от продуктов сгорания топлива (£=500–1000° С) к кускам известняка осуществляется преимущественно конвекцией. Внутри куска тепло передается теплопроводностью, поэтому чем меньше размеры кусков сырья, тем быстрее происходит их прогрев и тем ближе их температура к температуре газов.

  В кипящем слое происходит энергичное перемешивание частиц материала и продуктов сгорания топлива, что способствует ускорению теплообмена. Размеры частиц материала составляют от 3 до 10 мм, поэтому времени на их подогрев весьма мало и теплопроводность не ограничивает процесс теплообмена. Передача тепла зависит в основном от конвективной составляющей теплообмена, по которой обычно и ведут расчет «процесса.

Вопрос 13 Теплопроводность многослойной плоской стенки.

Многослойная плоская стенка.  Рассмотрим 3-х слойную стенку (Рис.9.3). Температура наружных поверхностей стенокt_ст1 и t_ст2, коэффициентытеплопроводности слоевλ₁, λ₂, λ₃, толщина слоевδ₁, δ₂, δ₃.

Плотности тепловых потокок через каждый слой стенки:

q = λ₁/δ₁∙(t_ст1 – t_сл1) , (9.18) q = λ₂/δ₂∙(t_сл1 – t_сл2) , (9.19) q = λ₃/δ₃∙(t_сл2 – t_ст2) , (9.20)

Решая эти уравнения, относительно разности температур и складывая, получаем:

q = (t₁ – t₄)/(δ₁/λ₁ + δ₂/λ₂ + δ₃/λ₃) = (t_ст1 – t_ст4)/R_o , (9.21)

где: R_o = (δ₁/λ₁ + δ₂/λ₂ + δ₃/λ₃) – общее термическое сопротивление теплопроводности многослойной стенки. Температура слоев определяется по следующим формулам: t_сл1 = t_ст1 – q∙(δ₁/λ₁). (9.22), t_сл2 = t_сл1 – q·δ₂/λ₂). (9.23)

Вопрос 14 Теплопроводность многослойной цилиндрической стенки.

Для цилиндрических поверхностей вводят понятия тепловой поток единицы длины цилиндрической поверхности (линейная плотность теплового потока), для которой расчетные формулы будут:q_l = Q/l =2·π·λ·Δt /ln(d₂/d₁), [Вт/м]. (9.26)Температуратела внутри стенки с координатойd_х:t_x = t_ст1 – (t_ст1 – t_ст2) ·ln(d_x/d₁) / ln(d₂/d₁). (9.27)2). Многослойная цилиндрическая стенка. Допустим цилиндрическая стенка состоит из трех плотно прилегающих слоев (Рис.9.5).  Температура внутренней поверхности стенки –t_ст1, температуранаружнойповерхности стенки –t_ст2, коэффициентытеплопроводности слоев -λ₁, λ₂, λ₃, диаметры слоев d₁, d₂, d₃, d₄. Тепловые потоки для слоев будут: 1-й слой Q = 2·π· λ₁·l·(t_ст1 – t_сл1)/ ln(d₂/d₁), (9.28) 2-й слой Q = 2·π·λ₂·l·(t_сл1 – t_сл2)/ ln(d₃/d₂), (9.29) 3-й слой Q = 2·π·λ₃·l·(t_сл2 – t_ст2)/ ln(d₄/d₃), (9.30)

Решая полученные уравнения, получаем для теплового потока через многослойную стенку:Q = 2·π·l·(t_ст1 – t_ст2) / [ln(d₂/d₁)/λ₁ + ln(d₃/d₂)/λ₂ + ln(d₄/d₃)/λ₃]. (9.31)

Для линейной плотности теплового потока имеем:q_l= Q/l = 2·π· (t₁ – t₂) / [ln(d₂/d₁)/λ₁ + ln(d₃/d₂)/λ₂ + ln(d₄/d₃)/λ₃]. (9.32)

Температуру между слоями находим из следующих уравнений: t_сл1 = t_ст1 – q_l·ln(d₂/d₁) / 2·π·λ₁ . (9.33), t_сл2 = t_сл1 – q_l·ln(d₃/d₂) / 2·π·λ₂ . (9.34)