Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы термодинамики. Учебное пособие для выполнения практических занятий и расчетно-графической работы
.pdf
Приведенный коэффициент излучения без экрана:
C
=1/((1/ ε1·C0)+ (1/ε2·C0)+ (1/C0))=C0·((ε1·ε2)/(ε1+ ε2–
пр1
– ε1·ε2)=5,67·((0,5·0,8)/(0,5+0,8–0,4)=2,52 Вт/(м2 ·К4), (8.1)
где С0 = 5,67 Вт/(м2·К4) – коэффициент излучения абсолютно черного
тела.
Количество передаваемой теплоты без экрана:
Q1=F·C
·[(T1/100)4– (T2/100)4]=5·2,52·[(573/100)4 –
пр1
– (293/100)4] =12,7·10 3Вт. (8.2)
Приведенный коэффициент излучения с экранами:
C
=1/((1/ ε1·C0)+ (1/ε2·C0)+ (1/C0)+n·((2/ε1·C0)–(1/C0)))=
пр2
– C0·ε1·ε2·ε3/(ε1·ε3+ε2·ε3–(n+1)·ε1·ε2·ε3+2·n·ε1·ε2) =
=5,67·0,5·0,8·0,2/(0,5·0,2+0,8·0,2-5·0,5·0,8·0,2+2·4·0,5·0,8)=
=0,15 Вт/(м2·K4). (8.3)
Количество теплоты, передаваемой с экранами:
Q2=F·C
·[(T1/100)4– (T2/100)4]=5·0,15·[(573/100)4– (293/100)4]=
пр2
= 0,8·10 3Вт. (8.4)
Изменение теплообмена излучением:
∆Q = Q1 – Q2 = (12,7 – 0,8)103 = 11,9 кВт. (8.5)
Задача 2. В нагревательной печи с внутренней поверхностью
Fn=4 м2 производят нагрев стальной детали диаметром 100 мм и
длиной 300 мм. Определить, на сколько изменится количество
теплоты, переданное детали за ед. времени излучением, если
температура внутренней поверхности печи tп=(600+20n)oC
уменьшится на 200 oC, при средней температуре поверхности
заготовки tд=(100+10n) оС. Коэффициент черноты стенки печи и
заготовки –ε=0,9.
Решаемый вариант n=5.
51
Дано: Перевод в СИ
F=4 м
2
tп1=800 oС Tп1=1073 К
tп2=600 oС Tп2=873 К
tд=200 oС Tд=473 К
ε=0,9 d=100 мм=0,1 м
l=300 мм=0,3 м
Найти: ∆Q=?
Решение:
Рис. 8.2. Расчетная схема нагревательной печи
Площадь поверхности детали:
F∂=πdl+(πd2/2)=3,14·0,1·0,3+(3,14·0,1·0,1/2)=0,101 м2. (8.6)
Приведенный коэффициент излучения при нагреве детали в печи:
Cпр=1/((1/ε·C0)+(F/Fд)·(1/ε·C0)–(1/ C0))=1/((1/0,9·5,67)+
+(4/0,101) ·(1/0,9·5,67)–(1/5,67))=0,14Вт/(м2 ·К4), (8.7)
где С0=5,67 Вт/(м2·К4) – коэффициент излучения абсолютного
черного тела.
Количество передаваемой теплоты при температуре печи tп1:
Q1 =Fд·Спр·[(Тп1/100)4– (Тд/100)4]=0,101·0,14[(1073/100)4 –
– (673/100)4] =57,7 кВт. (8.8)
Количество передаваемой теплоты при температуре печи tп2:
Q2=Fд·Спр·[(tп2/100)4– (tд/100)4]=0,101·0,14[(600/100)4– (200/100)4]=
=18 кВт (8.9)
52
Изменение количества теплоты из-за снижения температуры
печи:
∆ Q = Q1 – Q2 = 57,7 – 18 = 39,7 кВт. (8.10)
8.2. Задачи и варианты выполнения
Тема № 7. Теплообмен излучением
n – номер вариант, определяемый преподавателем.
Задача №1. Определить теплообмен излучением между двумя
плоскими стенками площадью F = n м2. Температура первой стенки
t1 = (200+20n)°С, температура второй стенки t2 = 20 °С, коэффициент
черноты первой стенки ε1= 0,8, коэффициент черноты второй стенки
ε2 = 0,5. На сколько изменится теплообмен излучением, если между
стенками n экранов с коэффициентом черноты ε = 0,2?
Задача №2. Определить, на сколько изменится количество
теплоты, передаваемое излучением между двумя плоскими стенками
площадью F = 0,5n м2, если температура стенки t1= (100+20n)°С
увеличивается в два раза, температура второй стенки постоянна и
равна t2 = 50 °С. Коэффициенты черноты первой стенки ε1= 0,9, а
второй стенки ε2 = 0,5.
Задача №3. Определить количество теплоты, передаваемое в
окружающую среду от нагретой до температуры t1 = (100+20n)°С
стенки площадью F = n м2 за 1 час, если температура окружающей
среды t2 = 30 °С, а коэффициент черноты стенки ε = 0,5. Вычислить
коэффициент теплоотдачи излучением.
Задача №4. Цилиндрическая стальная заготовка наружным
диаметром Dн = (200+10n) мм и длиной L = 1 м помещена для нагрева
в камерную печь с внутренней поверхностью Fп=2 м2. Определить
количество теплоты, переданное за 20 минут заготовке излучением,
если температура внутренней поверхности печи tп= (1000+20n)°C, а
средняя температура поверхности заготовки tз = (500+20n)°C.
Коэффициент черноты стенки печи и заготовки ε = 0,9.
53
Задача №5. Стальная пластина толщиной h =10n мм, шириной
b = (300+10n) мм и длиной L = 1 м помещена для нагрева в камерную
печь с внутренней поверхностью Fп=5 м2. Определить, на сколько
изменится количество теплоты, переданное пластине за ед. времени,
излучением, если температура внутренней поверхности печи
tп = (500+20n)°C уменьшится на 200°C, средняя температура
поверхности заготовки tпл = (200+10n)°C. Коэффициент черноты
стенки печи и заготовки ε = 0,8.
Задача №6. В нагревательной печи с внутренней поверхностью
Fп=5 м2 производят нагрев алюминиевой детали с площадью
наружной поверхности Fп=2 м2. Определить количество теплоты,
переданное за 30 минут детали излучением, если температура
внутренней поверхности печи tп= (800+20n)°C, а средняя температура
поверхности детали tз = (300+10n)°C. Коэффициент черноты стенки
печи εп = 0,8, а детали – εд = 0,4.
54
9. ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ РАБОТЫ
Графическая часть РГР по дисциплине «Основы
термодинамики» выполняется по 4 вариантам:
1. Поршневой компрессор с электроприводом
Технические характеристики компрессора приводятся из
условий и результатов расчетов задачи, решаемой в разделе 3:
- нагнетаемая среда – воздух;
- производительность компрессора, м3/час;
- давление нагнетания, избыточное, МПа;
- мощность привода, кВт;
- напряжение питания привода, В.
2. Газовая горелка пламенной печи
Технические характеристики газовой горелки приводятся из
условий и результатов расчетов задач, решаемых в разделе 4:
- используемое топливо – природный газ;
- расход топлива (природного газа), м3/час;
- расход воздуха, м3/час;
- тепловая мощность горелки, кВт;
- рабочая температура камеры печи, °С.
3. Тепловое ограждение электрической печи
Технические характеристики теплового ограждения приводятся
из условий и результатов расчетов задач, решаемых в 5 разделе:
- материалы теплового ограждения –;
- толщина теплового ограждения, мм;
- тепловые потери, кВт/м2;
- максимальная температура, °С.
4. Рекуперативный теплообменный аппарат
Технические характеристики теплообменного аппарата
приводятся из условий и результатов расчетов задач, решаемых в 7
разделе настоящего пособия:
55
- горячий теплоноситель – ;
- холодный теплоноситель – ;
- максимальная температура горячего теплоносителя, °С;
- минимальная температура холодного теплоносителя, °С;
- площадь поверхности теплообмена, м2;
- тепловая мощность теплообменника, кВт.
Требования к чертежу
В штампе номер чертежа обозначается РГР ОТ, год выполнения
(2 цифры), номер варианта (2 цифры).
Чертеж выполняется в САПР «Компас» и приводится в
бумажном (на формате А3) и электронном виде.
На чертеже должны быть обозначены основные части
устройства в виде позиций и их наименования (можно в виде
спецификации), а также технические характеристики (по результатам
расчета).
56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При разработке технологических процессов обработки
металлов давлением возникают потребности в проведении расчетов
технологических режимов, связанных с использованием сжатого
воздуха и других газов, а также нагрева и охлаждения заготовок и
поковок. Выбор технологического оборудования для подготовки
технологических процессов предполагает определение
теплотехнических параметров нагревательных и термических
установок, которые широко используются в кузнечно-штамповочном
производстве.
Рассмотрены методики расчета теплотехнических расчетов
процессов с идеальными газами, определения параметров
компрессоров и вентиляторов, а также расчеты процессов горения
топлива в пламенных печах. В рамках подготовки к изучению
специальной дисциплины «Нагрев и нагревательные устройства»
представлены решения задач по теплопроводности через
многослойную стенку, конвективному теплообмену и передачи
теплоты излучением. Приведены описание конструкции и методика
расчета типовых теплообменных аппаратов, наиболее часто
используемых в машиностроении для экономии энергетических
ресурсов.
Данное учебное пособие поможет студентам в изучении
теоретических разделов и выполнении практических занятий и
расчетно-графической работы по дисциплине «Основы
термодинамики».
57
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Основные термодинамические параметры рабочего тела.
2. Уравнение состояния идеального газа.
3. Первый закон термодинамики. Уравнение первого закона
термодинамики.
4. Определение изотермического и адиабатного процессов.
5. Приборы для измерения температур в нагревательных
устройствах.
6. Бесконтактные способы измерения температур нагреваемых
заготовок.
7. Схема, принцип работы и основные технические
характеристики поршневого компрессора.
8. Определение производительности и мощности привода
компрессора.
9. Схема, принцип работы и определение основных параметров
вентилятора.
10. Основные условия эффективного сгорания топлива в
пламенных печах.
11. Состав природного газа и расчет низшей теплоты сгорания.
12. Определение количества воздуха для сжигания природного
газа.
13. Состав продуктов сгорания и определение количества
продуктов сгорания при горении природного газа.
14. Основные типы газовых горелок, используемых в пламенных
печах.
15. Определение тепловой производительности пламенной печи,
работающей на природном газе.
16. Способы передачи теплоты в технических устройствах.
17. Основной закон теплопроводности.
18. Расчет передачи теплоты через однослойную и
многослойную стенки при граничных условиях 1 рода.
19. Определение плотности теплового потока при передаче
теплоты через многослойную стенку при граничных условиях 3 рода.
58
20. Расчет тепловых потерь через тепловое ограждение
нагревательных печей.
21. Теплообмен в условиях вынужденной и свободной
конвекций.
22. Расчет теплообмена при вынужденном движении
теплоносителя в трубе.
23. Критериальные числа, характеризующие теплообмен при
вынужденном движении теплоносителя.
24. Определение плотности теплового потока в условиях
свободной конвекции.
25. Основные законы передачи теплоты излучением.
26. Расчет теплообмена излучением между двумя плоскими
стенками.
27. Определение плотности теплового потока при нагреве
заготовки в рабочей камере печи.
28. Теплообмен излучением между двумя плоскими стенками
при наличии экранов.
29. Описание конструкции и принципа работы рекуперативного
теплообменного аппарата.
30. Устройство и принцип работы регенеративного
теплообменного аппарата.
31. Расчет перепада температур между теплоносителями в
рекуперативном теплообменном аппарате.
32. Тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата.
33. Определение коэффициента теплопередачи при сложном
теплообмене.
34. Основные технические характеристики рекуперативного
теплообменного аппарата.
59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Круглов, Г. А. Теплотехника [Электронный ресурс] : учебное
пособие / Г. А. Круглов, Р. И. Булгакова, Е. С. Круглова. – Электрон.
дан. – СПб.: Лань, 2012. – 208 с. – Режим доступа:
https://e.lanbook.com/book/3900.
2. Луканин, В. Н. Теплотехника : учебник для втузов / В. Н.
Луканин. – 5-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2006. – 671 с.
3. Пазушкин, П. Б. Техническая термодинамика : учебно-
методический комплекс / П. Б. Пазушкин, М. А. Ротова. – Ульяновск:
УлГТУ, 2006. –179 с.
4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочник
/ под ред. А. В. Клименко, В. М. Зорина. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. –
(Теплоэнергетика и теплотехника; кн. 4). – 630 с.
5. Мухачев, Г. А. Термодинамика и теплопередача :учебник для
авиационных вузов / Г. А. Мухачев. – М.: Высшая школа. 1991. – 480 с.
6. Нащекин, В. В. Техническая термодинамика и теплопередача :
учебник для неэнергетических вузов / В. В. Нащекин. – М.: Высшая
школа, 1975. – 496 с.
7. Сборник задач по технической термодинамике и
теплопередаче / под ред. Б. Н. Юдаева. – М.: Высшая школа, 1967. –
373 с.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]