7. Основы теплообмена

Теплопроводность

Уравнение Фурье:

где Q - тепловой поток - количество тепла проходящего через твердую стенку;

X - коэффициент теплопроводности, Вт/(мК)

- градиент температуры, К/м ;

F- площадь, м²

Вт/м²

q - плотность теплового потока (удельный тепловой поток).

Задачи:

1. Определить количество тепла, проходящего через бетонную стенку площадью 12 м² толщиной 300 мм, если температуры по внутренней и наружной поверхностях стенки соответственно равны: t₁= 15 °С и t₂₌-15 °С.

Решение:

Количество тепла, проходящего через плоскую однородную стенку в единицу времени определяется по формуле:

где: δ - толщина стенки, м.

λ=1,0 Вт/(мК),

Вт

2. Определить тепловой поток через поверхность 1 м паропровода с внутренним диаметром 140 мм, изолированного двумя слоями тепловой изоляции толщиной δ₂ = 20 мм и δ₃ = 40 мм. Коэффициент теплопроводности трубы и изоляции λ₁=55 Вт/(мК), λ₂=0,037 Вт/(мК) и λ₃=0,14 Вт/(мК). Температура на внутренней поверхности трубопровода t₁ =300 °С и наружной поверхности трубопровода t₂ = 55 °С. Толщина стенки трубопровода δ₁ = 5 мм.

Решение:

Линейная плотность теплового потока определяется по формуле

Вт/м

Конвективный теплообмен

Тепловой поток при конвективном теплообмене между теплоносителем (жидкость или газ) и поверхностью твердой стенки определяется по закону Ньютона - Рихмана по формуле:

Вт

где α- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К);

t₁ и t₂ - температура, соответственно, поверхности стенки и теплоносителя, °С.

Величина ос определяется по формулам, в состав которых входят различные критерии подобия.

Теплопередача

Теплопередача - сложный вид теплообмена, при котором теплота передается от одного вида теплоносителя к другому виду через твердую стенку.

Тепловой поток определяется по Формуле:

Вт

где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К).

При теплопередаче через однородную плоскую стенку

где α₁, α₂- коэффициенты теплоотдачи на поверхностях стенки, Вт/(м²К);

δ - толщина стенки, м;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(мК).

Для многослойной стенки

При теплопередаче через однослойную цилиндрическую стенку

Вт

K - линейный коэффициент теплопередачи;

l - длина трубы, м.

Задачи:

1. Определить плотность теплового потока через плоскую стенку топки парового котла и температуру на поверхностях стенки, если заданы: температура топочных газов 1200 °С, температура воды в котле 200 °С, коэффициенты теплоотдачи, соответственно, 45 Вт/(м²К), и 6000 Вт/(м²К) толщина стенки 14 мм, а коэффициент теплопроводности материала стенки 58 Вт/(мК).

Решение:

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м²К)

Плотность теплового потока через стенку котла:

Q = к (t₁ -t₂) = 44,1(1200-200) = 44100 Вт/м²

Температуры, соответственно, на внешней и внутренней поверхностях стенки

°С

2. В противоточном водяном маслоохладителе (теплообменнике) двигателя внутреннего сгорания масло охлаждается от 65 до 55 °С. Температура охлаждавшей воды на входе и выходе, соответственно 16 и 25 °С. Расход масла 0,8 кг/сек. Определить необходимую поверхность теплообменника, и расход охлаждающей воды, если коэффициент теплопередачи 280 Вт/(м²К), а теплоемкость масла С = 2,45 кДж/кг К.

Решение:

Теплота, отданная маслом за 1 сек

кВт

Теплота, переданная в теплообменнике

где - средний температурный напор, определяемый по формуле

К

Необходимая поверхность в теплообменнике

м²

Расход охлаждающей воды

кг/сек

ЛИТЕРАТУРА

1. Андронова Т.Н., Дзамнов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А. Сборник задач по технической термодинамике. —М.: Энергия, 1971. -с.264.

2. Базаров И.П. Термодинамика. -М.: Высшая школа., 1983. -с.344.

3. Болгарский А.В., Голдобеев В.И., Толкачев Д.Ф. Сборник задач по термоди­намике и теплопередаче. -М.: Высшая школа, 1972. -с.304.

4. Василенко А.Н., Дрыжаков Е.В., Исаев СИ. и др. Сборник задач по техниче­ской термодинамике и теплопередаче. —М.; Высшая школа, 1964. -с.315.

5. Кириллин В.А., Сычев В.В. и др. Техническая термодинамика. -М: Энергия, 1983.-c.448.

6. Лариков Н.Н. Теплотехника. -М.: Стройиздат, 1975. -с.559.

7. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М: Высшая школа, 1980.-c.469.

8. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. -М.: Машиностроение, 1973.-c.344.