Вопросы.

1. .В каком состоянии находится водяной пар в начале и в конце процессов?

При адиабатном расширении водяной пар и в начале и в конце процесса находится во влажном насыщенном состоянии.

При изотермическом расширении – в начале процесса пар во влажном насыщенном состоянии, в конце – в перегретом состоянии.

2. Почему при расчёте процессов с водяным паром нельзя пользоваться соотношениями, справедливыми для идеального газа?

Для идеальных газов зависимость между параметрами р, v и T устанавливается уравнением состояния p·v=R·T. Причем два из этих параметров однозначно определяют третий.

Перегретый и насыщенный пары по своим свойствам существенно отличаются от идеальных газов. Поэтому соотношения между параметрами р, v и Т перегретых и насыщенных паров значительно сложнее, чем уравнение состояния идеального газа.

Для насыщенных паров давление является функцией температуры (р=f(Т)). Таким образом, для насыщенных паров две переменные р и Т не определяют состояния. Причем удельный объем v_x определяется степенью сухости пара х. Удельный объем v_x является функцией параметров р и х или T и х.

В связи с этим при расчёте процессов с водяным паром нельзя пользоваться соотношениями, справедливыми для идеального газа.

Задача №6. Плоская стальная стенка толщиной δ₁ = 8 мм (λ₁ = 40 Вт/(м·К)) с одной стороны омывается газами, при этом коэффициент теплоотдачи равен α₁ = 30 Вт/(м²·К). С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ₂ = 22 мм (λ₂ = 0,15 Вт/(м·К)). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α₂ = 9 Вт/(м²·К). Определить удельный тепловой поток q, Вт/м² и температуры t₁,t₂,t₃ поверхностей стенок, если температура газов равна t_г = 350⁰C, а воздуха t_в = 10⁰C.

Решение:

Удельный тепловой поток через стенку:

q = (t_г – t_в) / [(1/α₁) + (δ₁/λ₁) + (δ₂/λ₂) + (1/ α₂)];

q = (350 – 10) / [(1/30) + (0,008/40) + (0,022/0,15) + (1/ 9)] = 1167 Вт/м².

Так как в задаче представлена стационарная теплопроводность, то

q = α₁· (t_г – t₁) = (t₁ – t₂)/(δ₁/λ₁) = (t₂ – t₃)/(δ₂/λ₂) = α₂· (t₃ – t_в).

Тогда определяем температуры t₁,t₂,t₃ поверхностей стенок:

t₁ = t_г – q/α₁ = 350 – 1167/30 = 311⁰С;

t₂ = t₁ – q· (δ₁/λ₁) = 311 – 1167· (0,008/40) = 310⁰С;

t₃ = t₂ – q· (δ₂/λ₂) = 310 – 1167· (0,022/0,15) = 139⁰С.

Вопросы.

1. Какие виды теплообмена имеют место в рассчитываемой задаче?

В рассматриваемой задаче имеют место следующие виды теплообмена:

Свободный конвективный теплообмен от газов к плоской стальной стенке.

Теплопроводность внутри стальной стенки и пластины.

Свободный конвективный теплообмен от воздуха к пластине.

2. Каков физический смысл и количественная характеристика коэффициента теплопроводности?

Коэффициент теплопроводности λ (Вт/(м·К) – характеризует способность вещества проводить теплоту.

Коэффициент теплопроводности – количество теплоты, проходящее в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную grad t, при значении последнего 1 К/м.

3. Каков физический смысл и количественная характеристика коэффициента теплоотдачи?

Коэффициент теплоотдачи α - количество теплоты, которым обменивается среда и единичная поверхность твердого при разности температур между ними в один градус за единицу времени.