Обобщенное уравнение теплопередачи:

Q = К∆t_СРF, где

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м²⁰С

∆t_СР – средний температурный напор, ⁰С

F – поверхность теплопередачи, м²

Греющий и греемый теплоносители могут перемещаться по следующим схемам движения: прямотоку, противотоку и перекрестному току.

От схемы движения теплоносителей в прямой зависимости находится и теплообмен между ними, поэтому схемы движения теплоносителей еще называются схемами теплообмена.

При расчете ТА обычно определяемой величиной является поверхность теплопередачи F.

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Научить:

1. Определять количество тепла, передаваемого в процессах теплообмена

2. Определять необходимую температуру теплоносителей

3. Определять поверхность теплопередачи

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Работа состоит их трех задач, заданных по 10 вариантам

3.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

- размеры теплообменников

- начальные и конечные температуры теплоносителей

- масса теплоносителей

- теплоемкости теплоносителей

- коэффициенты теплопроводности, теплоотдачи и теплопередачи

Определить:

- количество передаваемого тепла в процессе

- поверхности нагрева при прямотоке и противотоке

3.2 ХОД РЕШЕНИ ЗАДАЧ

Для определения количества тепла, передаваемого дымовыми газами через однослойную стенку, используется формула:

q = К( t_Г – t_В), где

q- плотность теплового потока, Вт/м²

К – коэффициент теплопередачи, равный К = 1 , Вт/м^{2 0}С

1 + δ + 1

α₁ λ α₂

δ – толщина стенки, м

α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке и от стенки к греемому теплоносителю, Вт /м^{2 0}С

Для определения теплового потока при излучении необходимо воспользоваться формулой:

Q = С_ПРF[( Т₁/100)⁴ – (Т₂/100)⁴ Вт, где

С_ПР - приведенный коэффициент лучеиспускания, определяемый как

С_ПР = 1 + F₁ ,

1 F₂ ( 1 – 1 ), где

С₁ С₂ С₀

С₁ = С_Оε₁ и С₂ = С_оε₂ – коэффициенты излучения поверхностей, Вт/м²К⁴

С_О = 5,67 Вт/ м²К^{4 –} постоянная излучения абсолютно черного тела

ε₁ и ε₂ – степени черноты поверхностей

F₁ и F₂ – площади внешней поверхности внутри расположенного тела и внутренней поверхности снаружи расположенного тела, м²

Для определения поверхности нагрева в ТА используют уравнение теплового баланса и обобщенное уравнение теплопередачи.

Поверхности нагрева в ТА для прямотока и противотока определяются из обобщенного уравнения теплопередачи, где ∆t_СР – средний температурный напор:

∆t_С = ∆t_Б - ∆t_М , если ∆t_Б/∆t_М > 1,7 и

ln ( ∆t_Б/∆t_М)

∆t_СР = ( t₁ + t₁¹) – (t₂ + t₂¹) , если ∆t_Б/∆t_М < 1,7

2. 2

∆t_Б и ∆t_М - максимальная и минимальная разность температур теплоносителей,⁰С

4.ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЗАДАЧА №1

Определить количество тепла, передаваемого от дымовых газов к кипящей воде через:

1. стальную чистую стенку ( λ = 58 Вт/м⁰С) толщиной δ₁

2. стальную стенку, покрытую со стороны воды слоем накипи ( λ = 2,3 Вт/м⁰С) толщиной δ₂

Температура дымовых газов t_Г, температура кипящей воды t_В, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁ = 186 Вт/м^{2 0}С и от стенки к воде – α₂ = 4070 Вт/м^{2 0}С

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
δ1мм	5	4	3	6	8	10	8,5	6,5	12	15
δ2мм	10	9	8	7	6	10	10	12	18	25
tГ, 0С	800	850	900	950	920	910	810	820	780	760
tВ, 0С	200	180	160	140	150	210	220	240	150	236

ЗАДАЧА №2

Изолированная теплофикационная труба длиной L с наружным диаметром изоляции d, проложена внутри прямоугольного бетонного канала размером Ах В.Температуры поверхностей изоляции трубы и стенок какала соответственно t₁ и t2 , степени черноты поверхностей равны ε₁ = 0,9 и

ε₂ =0,7. Определить для трубы потерю теплового потока

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L,м	10	12	14	16	18	20	22	24	25	28
d,мм	180	170	160	150	140	130	110	100	100	150
А,мм	200	180	160	150	155	140	145	130	220	240
В,мм	700	700	640	450	400	500	550	430	645	740
t1,0С	50	60	70	80	85	75	65	55	90	95
t2,0С	20	25	28	30	25	20	25	38	44	89

ЗАДАЧА №3

Необходимо нагреть за час массу m кг воды от температуры t_В¹ до температуры t_В¹¹ дымовыми газами с начальной температурой t_Г¹. Расход дымовых газов m_Г, теплоемкость газов С_Рm = 1,047 кДкг⁰С. Коэффициент теплопередачи К = 163,3 Вт/м^{2 0}С. Определить поверхность нагрева для прямотока и противотока F.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
mВ, кг	450	440	430	420	410	400	460	470	480	500
tВ1, 0С	10	15	20	25	8	12	14	16	18	22
tВ11, 0С	75	70	80	85	82	72	78	80	82	75
tГ1, 0С	165	170	180	190	200	150	155	175	185	195
m, кг/ч	1800	1700	1600	1500	1400	1450	1550	1650	1750	1900

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие формы передачи тепла существуют?

2. Какой вид теплообмена называется теплопередачей?

3. Что представляют собой коэффициенты теплопроводности, теплоотдачи, теплопередачи? Каковы единицы измерения и физический смысл?

4. Как определяется линейный коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №8

ТЕМА: РАСЧЕТ ТОПЛИВА И ПРОЦЕССА ЕГО ГОРЕНИЯ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Нефтяная и газовая промышленности – крупнейшие потребители топлива в стране. Топливом называется любое вещество, которое при сгорании выделяет значительное количество тепла на единицу массы или объема. В основном это углеродистые соединения. Используются твердое, жидкое и газообразное топливо, природное и искусственное.

Любое органическое топливо состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, летучей серы, а твердые и жидкие – из золы и влаги.

Топливо в зависимости от состава делится по своей массе на рабочее, сухое и горючее.

Все расчеты ведутся по элементарному составу рабочего топлива.

Пересчет на рабочую массу ведется при помощи таблицы 14.2, стр. 199(1).

Важная характеристика топлива – его удельная теплота сгорания – высшая – Q_Н^Р и низшая – Q_В^Р. Разницу между ними составляет теплота, выделившаяся при конденсации водяных паров. Чем меньше теплота сгорания топлива, тем больше его расходуется в котельном агрегате. Поэтому для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту введено понятие об условном топливе, удельная теплота сгорания которого – Q_У.Т. – равна 29,3 МДж/кг. Отношение низшей теплоты сгорания данного топлива к теплоте сгорания условного топлива называется тепловым эквивалентом и определяется:

Э = Q_Н^Р/ 29,3

Для непрерывного и полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха. Поэтому в тепловых расчетах процессов горения определяется теоретическое и действительное количество воздуха, необходимое для сгорания топлива, пользуясь коэффициентом избытка воздуха:

α = L/L_О или α = V/V_О , где

L_О или V_О – теоретический расход воздуха, равный Q_Н^Р/ 3,8, где 3,8 – расход воздуха в м³ на 1 МДж теплоты сгорания.

В результате сгорания топлива образуются продукты сгорания, состав которых и влияние их на окружающую среду являются важными вопросами в изучении процессов горения топлива.

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Научить:

1. Определять низшую теплоту сгорания топлива

2. Необходимый расход воздуха для сжигания топлива

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

3.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

- состав топлива по горючей массе

- коэффициент избытка воздуха α

- температура и часовой расход воздуха

Определить:

- низшую теплоту сгорания топлива

- необходимое количество воздуха для сжигания топлива

3.2 ХОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

Перед решением задачи необходимо перейти от заданной горючей массы топлива к его рабочей массе, пользуясь табл. 14.4, стр. 199 (1). После перевода необходимо сделать проверку, используя рабочую массу:

С_Р+Н_Р+О_Р+N_Р+S_Р+А_Р+W_Р = 100%

Для нахождения низшей теплоты сгорания необходимо воспользоваться формулой Менделеева:

Q_Н^Р = 338С_Р+ 1025Н_Р – 108,5(О_Р – S_Р) - 25W_Р, кДж/кг, где

С_Р, Н_Р, О_Р, S_Р, W_Р – составляющие рабочей массы топлива в %

Теоретическое количество воздуха определяется:

V_О = 0,0899К_Р + 0,266Н_Р + 0,333О_Р, м³/кг, где

К_Р = С_Р + 0,375S_Р

Действительное количество воздуха:

V = αV_О, м³/кг

Часовой расход воздуха ( В кг/ч)

V_В¹ = V_В( 1 + t/273), м³/ч, где V_В = V*В

4.ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Определить низшую теплоту сгорания, объем воздуха, поступающего в топку для сжигания угля данного состава по горючей массе. Если дан коэффициент избытка воздуха α, температура воздуха t⁰С, часовой расход воздуха В кг/ч.

ВАРИАНТ
№/п	Дано	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	СГ %	67,5	60,1	70,6	72	73,7	70,8	69,5	68	66,6	62,9	65,8	75,8	77,4
2	НГ %	5,0	8,9	8,22	5,8	7,9	8,2	8,6	6,8	10	7,0	5.5	9,2	10,2
3	ОГ%	20,3	19,5	14,0	11,2	10,0	12,7	13,8	15,7	14,0	13,5	14,5	12,2	8,0
4	NГ%	1,3	7,6	4,9	5,0	3,5	4,1	4,4	4,8	6,8	7,0	5,2	4,1	3,2
5	SГ%	5,9	3,9	2,2	6,0	4,9	4,2	3,7	4,7	5,8	6,6	7,5	2,4	2,2
6	АР%	18,4	24,3	6,0	8,3	12,0	10,8	5,8	11,6	16,2	15,1	18,4	7,5	5,0
7	WР%	33	19	4,68	24,7	23,72	9,7	17,5	9,6	17,4	24,9	33	37,8	37,4
8	α	1,5	1,35	1,4	1.7	1,3	1,2	1,6	1,65	1,4	1,3	1,4	1,2	1,4
9	t0С	15	10	20	25	28	22	13	15	25	22	20	22	15
10	В кг/ч	300	310	320	330	340	350	360	370	380	390	450	440	430

ВАРИАНТ
№/п	Дано	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
1	СГ %	65	62,8	69,4	67,5	70,8	66,4	73,6	80,9	85,6	66,2	68,0	76,0	66,6
2	НГ %	10,2	9,2	13,5	5,5	12,0	9,2	8,1	7,3	9,8	10,2	10,4	9,5	12,2
3	ОГ%	6,8	14,5	14,7	10,5	15,0	15,5	11,6	4,4	3,5	1,8	14,4	9,2	9,6
4	NГ%	2,2	0,6	3,5	3,5	4,2	4,6	2,9	7,6	3,8	1,2	1,3	1,7	5,6
5	SГ%	15,8	12,9	2,2	6,4	13,7	5,8	2,7	8,1	0,5	3,6	4,2	7,5	0,4
6	АР%	6,2	8,2	21,5	15,8	19,3	15,7	2,8	4,9	6,315,2	12,4	5,2	4,6	10,8
7	WР%	22	18,4	16,3	9,8	6,4	11,7	7,1	17,1	10,7	22,1	6,5	9,5	3,5
8	α	1,4	1,3	1,29	1,6	1,5	1,8	1,4	1,9	1,7	1,3	1,9	1,2	1,4
9	t0С	12	10	12	16	17	23	28	19	21	27	22	20,0	14
10	В кг/ч	420	520	300	430	380	320	570	480	520	508	723	730	637

ВАРИАНТ
№/п	Дано	27	28	29	30	31	32
1	СГ %	66,3	78,2	58,3	62,7	73,9	82,1
2	НГ %	13,9	8,9	5,7	8,3	6,4	9,2
3	ОГ%	11,4	4,6	3,8	12,5	18,2	5,7
4	NГ%	0,6	1,3	0,8	0,4	1,4	1,3
5	SГ%	11,6	12,8	16,2	19,2	0,3	0,6
6	АР%	8,2	22,5	16,3	4,8	5,3	18,9
7	WР%	17,1	15,5	9,7	11,7	10,3	4,5
8	α	1,55	1,9	1,4	1,8	1,3	1,9
9	t0С	22	17	15	28	12	10
10	В кг/ч	410	400	530	700	470	640