Влияние загрязнения стенки на передачу теплоты

Поверхности теплообменных аппаратов обычно загрязняются. Так, например, внешние поверхности труб паровых котлов, пароперегревателей, водоподогревателей и т.п. покрываются слоем золы и сажи, образуя дополнительную стенку на пути теплового потока. Коэффициент теплопроводности таких отложений очень мал и составляет 0,1 – 0,2 Вт/(м·К).

При нагревании воды и пара внутренние поверхности труб с течением времени также загрязняются солями, выпадающими в виде накипи. Накипь образует дополнительную стенку с большим термическим сопротивлением. Это ухудшает теплообмен и создает опасность пережога труб.

10.10. Примеры решения задач Пример 10.1

Определить эквивалентную теплопроводность ( ) плоской стенки, состоящей из трех слоев изоляции: внутреннего [δ₁ = 10 мм; λ₁ = 0,28 Вт/ (м·К)], основного из диатомитового кирпича [δ₂= 60 мм; λ₂= 0,14 Вт/ (м·К)] и наружного штукатурного [δ₃= 5 мм; λ₃= 1,16 Вт/ (м·К)].

Решение

Воспользуемся уравнением (10.7):

= (10·10^-3+ 60·10^-3+ 5·10^-3) / (10·10^-3/ 0,28 + 60·10^-3/ 0,14 +…

…+ 5·10^-3/ 1,16) = 0,16 Вт/(м·К).

Пример 10.2

Определить наружную температуру кирпичной кладки трубчатой печи, если ее площадь F = 140 м², тепловой поток Q = 120 кВт, а температура огнеупорной кладки со стороны топки = 1020 ^○С. Кирпичная кладка состоит из двух слоев: слоя огнеупорного кирпича [δ₁= 250 мм; λ₁ = 0,34 Вт/ (м·К)] и слоя красного кирпича [δ₂= 250 мм; λ₂= 0,68 Вт/ (м·К)].

Решение

Плотность теплового потока равна:

= 120000 / 140 = 857 Вт/м².

Тогда наружную температуру кирпичной кладки найдем по формуле (10.6):

= 1020 – 857·(250·10^-3/ 0,34 + 250·10^-3/ 0,68) = 75 ^○С.

Пример 10.3

Определить поток излучением (Е) от стенки площадью поверхности S = 4,0 м³, если ее степень черноты ε = 0,92, а температура = 1200 °С.

Решение

Поток излучением определим по формуле Стефана-Больцмана:

= 0,92·5,77·[(1200 + 273) / 100]⁴=982 000 Вт = 982 кВт.

Пример 10.4

Определить плотность теплового потока стенки с коэффициентом излучения С = 4,53 Вт/ (м²·К⁴), если температура излучающей поверхности стенки t_ст = 1027 °C Найти также степень черноты стены.

Решение

Плотность теплового потока стенки серой стенки определим по формуле:

= 4,53 (1300 / 100)⁴ = 129,4·10³ Вт/м².

Степень черноты стенки равна:

= 4,53 / 5,77 = 0,8.

Пример 10.5

Определить тепловой поток от газов к воздуху и плотность потока сквозь кирпичную обмуровку котла площадью 120 м² и толщиной δ = 250 мм, если температура газов t_∞1 = 600° С, температура воздуха t_∞2 = 30 °С и коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки α₁= 23,6 Вт/(м²·К), коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки к наружному воздуху α₂ = 9,3 Вт/ (м²·К) и теплопроводность кирпичной обмуровки λ = 0,81 Вт/(м·К). Найти также температуры на внутренней и наружной поверхностях обмуровки.