17

2.1 Анализ конструкций теплообменных аппаратов

В данном пункте пояснительной записки производится анализ конструкций теплообменных аппаратов, используемых для систем отопления и поддержания микроклимата в зданиях и сооружениях, по литературным источникам с приведением необходимых иллюстраций, схем и таблиц.

2.2 Расчет теплопроводности через многослойную плоскую стенку

Тепло газообразных продуктов сгорания передается через стенку к воде. Принимая температуру газов t_г =1000⁰С, воды t_в =50⁰С, коэффициент теплопроводности со стороны газа α_г =150Вт/м²К, со стороны воды α_в =1000Вт/м²К и считая стенку плоской требуется:

1. Определить термические сопротивления R, коэффициенты теплопередачи К, плотности тепловых потоков для случаев:

а) стенка стальная чистая, толщиной δ₁=18мм, при λ₁ = 50 Вт/м К,

б) стенка медная чистая, толщиной δ₂=18мм, при λ₂ = 380 Вт/м К,

в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δ₃=8мм, при λ₃ = 2 Вт/м К,

г) случай «в» , но поверх накипи имеется слой масла толщиной δ₄=0,5мм, при λ₄ = 0,2 Вт/м К,

д) случай «г», но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи δ₅=2, при λ₅ =0,2 Вт/м К.

2. Приняв для случая «а» тепловой поток за 100% , подсчитать в процентах тепловые потоки для остальных случаев.

3. Определить аналитически температуры всех слоев стенки для случая «д».

4. Определить эти же температуры графически.

5. В масштабе для случая «д» построить график падения температуры в стенке.

1.

а) Термическое сопротивление находим по формуле ,

где -коэффициент теплопроводности,- толщина соответствующего слоя

Термическое сопротивление стальной стенки

Коэффициент теплопередачи находим по формуле:

,

где -сумма термических сопротивлений предшествующих данному слою

;

Термическое сопротивление от стенки к воде

Термическое сопротивление от стенки к газу

Коэффициент теплопередачи

Плотность теплового потока находим по формуле

,

где К-коэффициент теплопередачи,

- температура газа;

t_В – температура воды.

Плотность теплового потока

q = К · (t_г – t_в) = 124,58·(1000-50) = 118355,5 Вт/м²

Термическое сопротивление медной стенки

Коэффициент теплопередачи

Плотность теплового потока

q = К · (t_г – t_в) = 0,1296·10³·(1000-50) = 123120 Вт/м²

Термическое сопротивление накипи

Коэффициент теплопередачи

Плотность теплового потока

q = К · (t_г – t_в) = 83,13·(1000-50) = 78973,5 Вт/м²

Термическое сопротивление масла

Коэффициент теплопередачи

Плотность теплового потока

q = К · (t_г – t_в) = 68,82·(1000-50) = 65379 Вт/м²

Термическое сопротивление сажи

Коэффициент теплопередачи

Плотность теплового потока

q = К · (t_г – t_в) = 68,82·(1000-50) = 65379 Вт/м²

Сведем все тепловые потоки в таблицу 1 и проанализируем

Таблица 1

Номер случая	Значение q, Вт/м2
а	118355,5
б	123120,0
в	78973,5
г	65379,0
д	65379,0

Методом пропорций мы рассчитываем процентное отношение всех значений q для всех случаев, относительно случая а).

Чтобы найти процент для случая б), нам необходимо:

118355,5 – 100%

123120 – х %

Тогда

Таким образом и для других случаев. Полученные результаты представим в таблице 2.

Номер случая	Значения q, Вт/м2	%
а	118355,5	100
б	123120,0	104
в	78973,5	66,73
г	65379,0	55,24
д	65379,0	55,24

Температуры всех слоев стенки для случая д), мы определим по формуле

t = t_г – q·∑R,

где t – температура рассчитываемой стенки

t_г температура среды, с которой контактирует первый слой;

q - тепловой поток для случая д), q = 65379 Вт/м²;

∑R_λ – сумма термических сопротивлений рассматриваемых слоев.

Температура слоя на поверхности сажи

t_саж = t_г - q· R_г = 1000-65379 ·0,00667 = 564: t_саж = 564 ºC

Температура слоя на поверхности меди

t_мед = t_г - q· (R_г+ R_саж) = 1000-65379 ·(0,00667+0,000001) = 564: t_ст = 564 ºC

Температура слоя на поверхности накипи

t_нак = t_г - q· (R_г+ R_саж+R_ст) = 1000-65379 ·(0,00667+0,000001+0,00036) = 540: t_нак= 540 ºC

Температура слоя на внутренней поверхности масла

t_мас = t_г - q· (R_г+ R_саж+R_ст+R_нак) = 1000-65379 ·(0,00667+0,000001+0,00036+0,004) = 279: t_мас = 279 ºC

Температура слоя на внешней поверхности масла

t_мас = t_г - q· (R_г+ R_саж+R_ст+R_нак+R_мас) = 1000-65379 ·(0,00667+0,000001+0,00036+0,004+0,0025) = 115: t_мас = 115 ºC

Температура слоя воды

t_вод = t_г - q· (R_г+ R_саж+R_ст+R_нак+R_мас+R_в) = 1000-65379 ·(0,00667+0,000001+0,00036+0,004+0,0025+0,001) = 50: t_мас = 50 ºC