15. Теплопередача через цилиндрическую стенку. Тепловая изоляция.
Цилиндрическая стенка разделяет горячую и холодную жидкости (с tC1 - tC2). Температуры поверхностей стенки неизвестны, обозначим их через tn1 и tn2. Коэффициент теплоотдачи от горячей жидкости, протекающей внутри трубы, равен a1, а к холодной - a2.
В условиях стационарного режима количество теплоты, отданное горячей и воспринятое холодной жидкостями, одно и то же, следовательно, можно написать:
Решив эти уравнения относительно разности температур, получим:
Складывая уравнения (2), получим полный температурный напор:
Откуда значение теплового потока
Введём следующее обозначение
После подстановки этого равенства в (4) окончательно получим:
ql = Кl × p × (tC1 - tC2),
здесь Кl – коэффициент теплоотдачи, отнесённый к единице длины трубы.
Тепловая изоляция
Для снижения теплопередачи необходимо увеличить термическое сопротивление. Это достигается путём нанесения на стенку слоя тепловой изоляции.
Тепловой изоляцией называется всякое вспомогательное покрытие, которое способствует снижению потери теплоты в окружающую среду. Выбор и расчёт изоляции производится с учётом соображений экономического характера и требований технологии и санитарии.
Толщина изоляции для плоских стенок определяется из формулы:
Для трубопроводов из формулы:
где d2 – диаметр изолированного трубопровода.
Для трубопроводов определение толщины изоляции усложняется тем, что d2 в расчётное уравнение входит не только в форме ln d2/d1, но и в виде члена 1/a2d2. Тепловые потери изолированных трубопроводов уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции. Это обстоятельство объясняется тем, что при увеличении толщины термическое сопротивление слоя изоляции увеличивается
а термическое сопротивление теплоотдачи в окружающую среду уменьшается:
Во избежание большой толщины при изоляции трубопроводов применяют материалы с малым коэффициентом теплопроводности. Максимальные тепловые потери наблюдаются при некотором значении диаметра, который называется критическим диаметром изоляции.
d2кр = 2l/a2 , где l - теплопроводность изоляции
a2 – коэффициент теплоотдачи от поверхности в
окружающую среду.
2Блок
1. Нагревание острым и глухим паром. Особенности и отличие двух процессов.
Одним из наиболее широко применяемых греющих агентов является насыщенный водяной пар. В результате конденсации пара получают большие количества тепла при относительно небольшом расходе пара. Теплота конденсации пара составляет »2,26×106 Дж/кг (540 ккал/кг) при Р = 9,8×104 Н/м2 (1 атм).
Важным достоинством насыщенного пара является постоянство температуры его конденсации, что даёт возможность точно поддерживать температуру нагрева.
Основной недостаток водяного пара – значительное возрастание давления с повышением температуры. Вследствие этого температуры, до которых можно производить нагревание насыщенным водяным паром, обычно не превышает 180-190оС (150-170оС), что соответствует давлению пара 10-12 атм.
Для нагревания используют так называемый “острый”, либо “глухой” пар. Острый пар вводят непосредственно в нагреваемую жидкость, в которой он конденсируется, отдавая теплоту конденсации нагреваемой жидкости, причём конденсат смешивается с жидкостью.
Обогрев острым паром непригоден, если недопустимо смешивание конденсата с нагреваемой жидкостью или её разбавление.
При нагревании глухим паром тепло передаётся жидкости через разделяющую их стенку. Пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и плёнка конденсата стекает по поверхности стенки. Для того, чтобы облегчить удаление конденсата, пар вводят в верхнюю часть аппарата, а конденсат отводят из его нижней части.
Расход D глухого пара при непрерывном нагревании определяют их уравнения теплового баланса: D = GC(t2 – t1) + Qn /(Jп - Jк) (1) ,
где G – расход нагреваемой среды,
С – средняя удельная теплоёмкость нагреваемой среды,
t1, t2 – начальная и конечная температуры нагреваемой среды,
Jп, Jк – энтальпии греющего пара и конденсата,
Qn – потеря тепла в окружающую среду.
Расход острого пара определяют: D = GC(t2 – t1) + Qn /(Jп – Cвt2)
где Св – теплоёмкость конденсата.