§ 22. Теплопоступления от нагретого оборудования

Относительно простым является расчет теплопоступлений от на­гретой поверхности металлических баков, ванн с нагретой. водой, растворами или маслом, температура стенок которых близка к темпе­ратуре находящейся в них жидкости. Температура жидкости задана технологическим проектом.

Количество тепла, поступающего с 1 м² нагретой поверхности, имею­щей температуру /нов, в помещение с температурой воздуха /_в, можно определить по формуле

Я ~ (^епр С₀Ь-\- А t_n0B /_в) (tnon /в) ⁼ (^ал "Г «к) ОпОВ /в) — ^апов (^ПОВ ^в)* (V .6)

Здесь принято, что температура воздуха и окружающих поверхно­стей в помещении одинакова и равна /_в.

Температура поверхности технологического оборудования /_пов в цехах может быть достаточно высокой (300°С и более). В связи с этим в расчете важно учитывать зависимость интенсивности теплообмена от температуры.

Температурный коэффициент Ь, который входит в составляющую лучистого теплообмена, и коэффициент А, связанный с конвективным теплообменом, зависят от абсолютных значений и разности темпера­тур /Пов и /в. Температуру в помещении ta считаем постоянной и равной примерно 20 °С, в этом случае значения коэффициентов b и А зависят ТОЛЬКО ОТ /нов- Значения коэффициента А (для вертикальной поверхно­сти) и температурного коэффициента b независимости от /нов-даны в табл. V.2.Значения- коэффициентов Ъ и А Таблица V.2 t °с пов' ^	Ь	А	'пов- °с	Ь	А
20	1,01	1,67	380	4,87	1,41
80	1,36	1,6	480	6,92	1,36
180	2,3	1,53	580	9,43	1,33
280	3,3	1,47	980	25,5	1,19

Для нагретых горизонтальных поверхностей, обращенных вверх, коэффициент А должен быть увеличен на 30%, а обращенных вниз уменьшен на 30%.

*пов.<*Л.ОС_я, Вт/(м^г К) $20

№00 С

Коэффициент приведенного излучения епрС₀ для небольшой по­верхности,-обменивающейся теплом с помещением, можно считать рав-

Рис. V.I. Зависимости коэффициентов пол­ного а_Пов, лучистого а_л и конвективного а_к теплообмена от температуры t_aoil поверх­ности — вертикальной (/) и горизонталь­ной, обращенной вверх, (2)

ным коэффициенту излучения на­гретой поверхности, т. е. е_ПрС₀= = ВповСо.

Для ржавых или окисленных стальных поверхностей коэффици­ент излучения равен около 4,7.

В результате этого рассмотрения приходим к выводу, что коэффици­енты лучистого и конвективного теплообмена а_л, ак и общий коэф­фициент сложного лучисто-конвективного теплообмена а_ПОв также за­висят только от ^пов- Зависимости а_л, а_к и а_Пов от (_Пов приведены на рис. V.I.

Зная площадь F_n0B, температуру нагретой поверхности £_ПОв и опре­делив а_Пов по рис. V.1, можно рассчитать теплопоступление от нагретой

поверхности Quoв в помещение по обычной формуле:

ОпОВ — ®ПОВ (^ПОВ ^в) Fпов •

(V.7)

Несколько сложнее оказывается расчет теплопоступлений от на­гревательных печей, сушил, котлов, стенки которых выложены нз кир­пича или другого материала и имеют значительное сопротивление теп­лопередаче.

Температура в печи задана технологическим проектом, известна также ее конструкция и площадь стенок F_Ci, свода и пода F_noa печи. Обычно принимают, что температура на внутренней поверхности печи /_в.л на 5° С ниже заданной температуры в печи /_Поч.

Теплопоступления от стенок печи в помещение Qcr можно вычислить по формуле

(V.8)

Ос» — Кст (^В.П ^в) F_CJuКоэффициент теплопередачи Кет, Вт/(м²*К) от внутренней поверх­ности печи к помещению равен:

(V.9)

/Сет

А 0Чю

в

где 6 и X — толщина и теплопроводность отдельных материальных слоев конст­рукции; Опов — коэффициент теплообмена на внешней поверхности.

Расчет осложняется тем, что а_Пов зависит от температуры внешней поверхности (см. рис. V.1), которая (в отличие от первого случая) в расчете не известна.

В инженерной практике подобного рода задачи решаются методом последовательного приближения. В данном случае удобен следующий порядок расчета. Задаются коэффициентом теплообмена а_Пов (обычно 10—20) и определяют температуру внешней поверхности /_пов, по кото­рой корректируют значение а_ПОв. Можно повторить корректировку, определив t_noB при новом значении а_Пов. Одной корректировки обычно оказывается достаточно, так как нет необходимости особенно точно определять а_ПОв, роль которого в общем сопротивлении стенки тепло­передаче невелика. После уточнения а_Пов по формуле (V.9) определяют Кет, а по формуле (V.8)—теплопоступления от стенок печи в по­мещение.

В некоторых случаях при проведении расчета необходимо также учитывать зависимость теплопроводности огнеупорных и теплоизоля­ционных материалов А, от температуры. Порядок расчета от этого не изменяется.

Теплопоступления через свод печи рассчитываются так же, как и через стенки, с той лишь разницей, что а_ПОв определяется по рис. V.1 для нагретой горизонтальной поверхности, обращенной вверх.

Потери тепла подом печи гораздо меньше потерь тепла ее боковыми стенками и сводом. Однако эти потери в некоторых случаях следует учитывать. Для предохранения фундамента от высоких темпе­ратур принимают большую толщину огнеупорной кладки, вследствие чего уровень поверхности пода печи оказывается выше уровня пола по­мещения. Точный расчет теплопотерь оказывается довольно сложным. Для приближенного расчета можно пользоваться формулой

(V.10)

где m — доля теряемого подом тепла, поступающего fc помещение (0,5—0,7); f — фактор формы (для круглого пода равен 4,1, для квадратного пода — 4,6, для пода в виде вытянутого прямоугольника — до 3,9); /под— площадь пода; D — диаметр кру­га, равновеликого по площади поду; X— эквивалентная теплопроводность кладки пода и грунта.

Количество тепла, поступающего через дверцы, закрывающие за­грузочные отверстия, подсчитывается так же, как и количество тепла, проходящего через боковые стенки печи.

Важным элементом теплового расчета является определение интен­сивности излучения из открытого отверстия. Такой расчет необходим для определения теплопоступлений в помещение и теплового облучения человека на рабочем месте около открытого отверстия. Для упрощения расчета обычно принимают, что излучение из отверстия q'_OTB, Вт/м², со­ответствует излучению абсолютно черного тела и равно:

(V. 11

)

Рис. V.2. Коэффициент облученности ф₀тв тор­цовой поверхности с учетом отражения боко­вых поверхностей в щелевом (/) и цилиндри­ческом (2) отверстиях

Отверстие в стенке, имеющей оп­ределенную толщину, образует канал, который оказывает диафрагмирую­щее действие на излучение. В резуль­тате интенсивность излучения во внеш­ней плоскости отверстия меньше, чем во внутренней. Коэффициент облучен­ности фотв с учетом отражения стенок канала можно получить по графику рис. V.2, рассчитанному проф. h/d. С. Н. Шориным. Интенсивность ради­ации во внешней плоскости отверстия, Вт/м², т. е. радиации, проникающей непосредственно в помещение, равна:

Я от *?отв ^отв* Of • 12)

Она определяет теплопоступления в помещение Q_0Tb в результате излучения из открытого отверстия площадью F:

, . Qotb — Я ora F- (V. 13)

Чтобы рассчитать интенсивность теплового облучения рабочего, не­обходимо определить коэффициент облученности рабочего места ф_рм. Обычно рассчитывают наибольшую интенсивность для площадки по­верхности, расположенной напротив центра отверстия на расстоянии, равном расстоянию от рабочего места до отверстия. Коэффициенты Фр.м Для этого случая в зависимости от расстояния х до отверстия пло­щадью F приведены на графике рис. V.3. Наибольшая интенсивность теплового облучения на рабочем месте q_pM, Вт/м², в результате равна:

Яр и — фр М фотв Со f JQQ j Р ⁼ фр.И 0ОТВ F* (V.14)

В формуле (V.14) коэффициенты облученности отнесены к 1 м² по- верхнбсти в плоскости рабочего места.

При необходимости расчета с учетом произвольного положения ра­бочего относительно загрузочного отверстия, а также с учетом излуче­ния нагретой поверхности печи и других поверхностей в помещении

xVr и т. д. необходимо поль­зоваться приемами расче­та сложного лучистого теплообмена, рассмотрен­ными в курсе «Строитель­ная теплофизика».

Рис. V.3. Зависимость коэффи­циента облученности <р_{р м} от расстояния х до центра излу­чающей поверхности площадью F (от xl YT

)