Лабораторная работа №4. Решение задач по разделу «Теплопроводность, конвективный теплообмен и теплопередача»

Теплота дымовых газов передается через стенку котла к кипящей воде. Принимая температуру газов =950, воды=160, коэффициент теплоотдачи от газов к стенкеи от стенки к воде, считая стенку плоской, требуется:

1. Подсчитать термические сопротивления R, коэффициенты теплопередачи k, эквивалентные коэффициенты теплопроводности , а также количества передаваемого тепла от газов к воде через 1стенки за 1 с (т.е. плотности потока теплаq) для четырех случаев:

а) стенка стальная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность стали= 50 Вт/(м*К);

б) стенка медная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность меди= 350 Вт/(м*К);

в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи= 2 Вт/(м*К);

г) то же, что и в случае в), но поверх накипи имеется слой масла толщиной , теплопроводность масла= 0,1 Вт/(м*К);

д) то же, что и в случае г), но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной 0,2 Вт/(м*К)

2. Приняв плотность потока тепла для случая а) за 100%, подсчитать плотности потоков тепла для остальных случаев.

3. Определить аналитически (расчетным путем) температуры всех поверхностей слоев стенки для случая д).

4. Проверить расчетные температуры графически.

5. Построить для случая д) линию падения температуры в стенке.

Решение.

1.а) стенка стальная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность стали= 50 Вт/(м*К).

Находим коэффициент теплопередачи стальной стенки k:

Термическое сопротивление стали

Плотность теплового потока в стальной стенке:

Величина теплового потока Q численно равна плотности теплового потока q, т.к. площадь поверхности F =1 и время =1.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности в данном случае равен теплопроводности стали= 50 Вт/(м*К), т.к. стенка однослойная.

1. б) стенка медная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность меди= 350 Вт/(м*К);

1.в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи= 2 Вт/(м*К);

1. г) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи= 2 Вт/(м*К), поверх накипи имеется слой масла толщиной, теплопроводность масла= 0,1 Вт/(м*К);

1.д) то же, что и в случае г), но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной 0,2 Вт/(м*К).

Коэффициент теплопередачи в такой многослойной стенке

2. Примем плотность потока тепла для случая а) за 100%, подсчитаем плотности потоков тепла для остальных случаев:

3. Определим расчетным путем температуры всех поверхностей слоев стенки для случая д), для этого используем следующее уравнение:

а) температура на поверхности стенки со стороны газов

б) температура на границе между слоем сажи и сталью

в) температура на границе между стальной стенкой и слоем накипи

г) температура на границе между слоем накипи и слоем масла

д) температура на поверхности стенки со стороны воды

4. Проверим расчетные температуры графически.

Получили