Контрольная задача 7

Рассчитать цикл (определить параметры в узловых точках, холодильный коэффициент, холодопроизводительность и теоретическую мощность привода компрессора) аммиачной холодильной машины. Температуру кипения , температуру конденсациии массовый расход аммиакапринять по табл. 7.2.

Состояние пара на входе в компрессор – сухой насыщенный, переохлаждение конденсата отсутствует, сжатие пара является адиабатным.

Изобразить цикл в масштабе в диаграмме .

Таблица 7.1. Исходные данные

Последняя цифра шифра	, 0С	Предпоследняя цифра шифра	, кг/ч	, 0С
1	– 22	1	30	35
2	– 35	2	50	30
3	– 30	3	80	25
4	– 25	4	100	20
5	– 20	5	150	15
6	– 18	6	200	35
7	– 15	7	250	30
8	– 10	8	300	25
9	– 12	9	400	20
0	– 28	0	500	15

8. Теплопроводность и теплопередача при стационарном режиме

Теплопроводностью принято называть молекулярный перенос теплоты посредством теплового движения микрочастиц, обусловленный неоднородностью распределения температур.

Теплопередачей называют процесс теплообмена между теплоносителями (жидкостями и газами) через разделяющую их твердую стенку.

Теплопередача происходит путем теплопроводности в разделяющей стенке и теплоотдачи на поверхностях стенки (от горячей среды к одной поверхности и от другой поверхности к холодной, нагреваемой среде).

Расчет теплопроводности и теплопередачи зависит от формы тела и разделяющей стенки. Наиболее типичными являются плоская и цилиндрическая стенки, для которых их толщина намного меньше других размеров (длины, ширины или высоты).

Уравнения теплопроводности многослойной стенки при постоянной теплопроводности материалов отдельных слоев имеют следующий вид:

– для плоской стенки

, (8.1)

где – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²; и– температуры на наружных поверхностях стенки,⁰С; – толщина i-ого слоя, м;– теплопроводность материала i-ого слоя, Вт/(м^.К);

– для цилиндрической стенки

, (8.2)

где – линейная плотность теплового потока, Вт/м;и– наружный и внутренний диаметры i-ого слоя, м.

Соответственно для однослойной стенки

, (8.3)

. (8.4)

Уравнения теплопередачи записывают в следующей форме:

– для плоской стенки

, (8.5)

где – коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2.К); и– температуру жидкостей (газов),⁰С;

– для цилиндрической стенки

, (8.6)

где – линейный коэффициент теплопередачи, Вт/(м К).

Коэффициент теплопередачи через плоскую стенку

, (8.7)

где и– коэффициенты теплоотдачи на поверхностях стенки, Вт/(м² К).

Линейный коэффициент теплопередачи

. (8.8)

При расчетах используют уравнения теплоотдачи:

– в случае плоской стенки

, (8.9)

; (8.9а)

– при цилиндрической стенке

, (8.10)

. (8.10а)

Методы расчета коэффициентов теплоотдачи изложены в разделе 9.

Теплопроводность некоторых материалов указана в приложении И.

Теплопроводность строительных и теплоизоляционных материалов определяют с учетом влияния температуры:

, (8.11)

где – теплопроводность при 0⁰С; – температурный коэффициент;– средняя температура слоя из теплоизоляционного (строительного) материала.

Тепловой поток рассчитывают по уравнениям:

– для плоской стенки

, (8.12)

где – площадь поверхности теплообмена, м²;

– для цилиндрической стенки

, (8.12а)

где – длина (высота) цилиндрической стенки, м.

На практике нередко встречаются тонкие цилиндрические стенки. При отношении наружного и внутреннего диаметра не более 1,2 допустимо выполнять инженерные расчеты как для плоской стенки, используя уравнения (8.5), (8.7) и (8.12). При этом толщину стенки (слоя стенки) определяют как полуразность наружного и внутреннего диаметров.

Площадь поверхности теплообмена

, (8.13)

где – расчетный диаметр поверхности теплообмена, м.

Для уменьшения погрешности расчета принимают в качестве расчетного диаметр той поверхности, со стороны которой меньше коэффициент теплоотдачи (например, <<, то). Если же коэффициенты теплоотдачи, то используют среднеарифметический диаметр.

Связь между коэффициентами теплопередачи устанавливает зависимость

. (8.14)

Задачи

8.1. Определить потерю теплоты за 1 ч через кирпичную стену площадью 20 м², выполненную из красного глиняного кирпича толщиной 380 мм. Температуры на поверхностях стены составляют 110 и 40 ⁰С.

8.2. Плоскую поверхность надо изолировать так, чтобы потери теплоты с единицы площади поверхности не превышали 450 Вт/м². Температура внутренней поверхности изолируемой стальной стенки равна 500 ⁰С, а температура внешней поверхности изоляции составляет 50 ⁰С.

Определить требуемую толщину тепловой изоляции, выполненной минераловатными матами марки 100.

Толщина стенки из углеродистой стали равна 10 мм.

8.3. Обмуровка печи состоит из пеношамота толщиной 125 мм и слоя из красного кирпича толщиной 500 мм. Температура на внутренней поверхности обмуровки = 1 100⁰С, на наружной – = 50⁰С.

Найти поверхностную плотность теплового потока и температуру в плоскости соприкосновения слоев.

Температурный график представлен на рис. 8.1.

8.4. В условиях задачи 8.3 необходимо уменьшить толщину слоя из красного кирпича в 2 раза за счет размещения между слоями пеношамота и красного кирпича засыпки из диатомитовой крошки.

Какую нужно предусмотреть толщину засыпки, чтобы при тех же температурах на поверхностях обмуровки остались неизменными теплопотери через стенку? Построить температурный график.