3.2.2 Вимоги до розв’язання задачі:

3.2.2.1 Визначити: коефіцієнт теплопередачі k від газу до води, питомий тепловий потік q і температури обох поверхонь стінки t_пов1 та t_пов2 у відсутності і при наявності шару накипу.

3.2.2.2 Відобразити графічно епюри температур від t_н до t_в для обох випадків.

3.2.2.3 Пояснити фізичну суть накладення теплової ізоляції та її значення, наприклад, у виді накипу на металевих поверхнях.

3.2.3 Послідовність виконання задачі:

3.2.3.1 Аналіз вихідних даних при теплопередачі крізь плоску одношарову стінку необмеженої довжини у відсутності шару накипу.

3.2.3.2 Схема процесу при відсутності шару накипу.

При зображенні схеми процесу треба враховувати, що завжди при русі середовища з будь-якою швидкістю біля твердої поверхні утворюється відповідної товщини пристінний шар цього середовища; саме ці шари середовища ліворуч і праворуч стінки чинять опір перенесенню теплоти: від теплоносія до стінки 1/a_{ 1} і від стінки до тепловбирача 1/a_2. На рисунку 3.1 наведено схему теплопередачі крізь плоску одношарову тверду стінку необмеженої довжини.

3.2.3.3 Коефіцієнт теплопередачі при відсутності шару накипу

, Вт/(м²К)

3.2.3.4 Густина теплового потоку при теплопередачі за цих умов:

q = k (T_н – T_в), Вт/м²

3.2.3.5 Температура на внутрішній Т_пов1 і зовнішній поверхні Т_пов2 за законом Ньютона-Ріхмана і законом Біо-Фур׳є.

3.2.3.6 Перевірка значень Т_пов1 і Т_пов2, отриманих за попередніми розрахунками.

Рисунок 3.1 – Схема теплопередачі крізь плоску одношарову тверду стінку необмеженої довжини

3.2.3.7 Аналіз вихідних даних при теплопередачі крізь плоску одношарову стінку необмеженої довжини при наявності шару накипу.

3.2.3.8 Схема процесу при наявності шару накипу.

При її зображенні треба враховувати, що біля твердих відкладень (накипу) теж утворюється певної товщини шар середовища, який чинить опір (1/a_2) перенесенню теплоти.

3.2.3.9 Коефіцієнт теплопередачі при наявності шару накипу з боку тепловбирача.

3.2.3.10 Густина теплового потоку за цих умов.

3.2.3.11 Температури поверхонь Т_пов1 і Т_пов2 за цих умов.

3.2.3.12 Температура зовнішньої поверхні (із шаром накипу) Т_нак.

3.2.3.13 Перевірка значень Т_пов1, Т_пов2 і Т_нак, отриманих за попередніми розрахунками.

3.2.3.14 Побудова розподілу температур в системі для обох випадків на міліметровому папері.

3.2.3.15 Пояснення фізичної суті накладення теплової ізоляції та її значення, наприклад, у виді накипу на металевих поверхнях. Прийняття інженерних рішень.

3. Контрольні питання

   1. Які існують способи перенесення теплоти і теплообміну? Пояснити фізичну сутність цих явищ.

   2. Що таке температурне поле? Стаціонарне і нестаціонарне, одно- і багатовимірне температурне поле.

   3. Закон Фур׳є. Розмірність величин, що входять до математичного виразу закону Фур׳є. Коефіцієнт теплопровідності, його фізична суть.

   4. Чим пояснюється наявність знаку «мінус» у виразі закону Фур׳є?

   5. Де поверхнева густина теплового потоку крізь циліндричну стінку більша: на внутрішній чи на зовнішній поверхні? Чому?

   6. Закон Ньютона-Ріхмана. Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією α_конв, його фізична суть. Які параметри і яким чином впливають на коефіцієнт тепловіддачі конвекцією α_конв?

   7. Види і режими руху середовища. Чому при турбулентному режимі тепловіддача конвекцією більш інтенсивна, ніж при ламінарному?

   8. Коефіцієнт температуропровідності а, його фізична суть.

   9. Що таке критеріальне рівняння, визначальні і визначувальні критерії подібності? Навести вираз критеріїв Nu, Pr, Gr, Re, Ra, Pe, розкрити їх фізичну суть, вказати види критеріальних рівнянь для вимушеного і вільного конвективного теплообміну.

   10. Що таке визначальна температура і визначальний розмір?

   11. Що таке тепловий опір стінки?

   12. В чому міститься сутність явища теплопередачі? Дати визначення коефіцієнта теплопередачі, його розмірність

   13. Теплопередача крізь плоскі одно- і багатошарову стінки. Вираз коефіцієнта теплопередачі для цих випадків.

   14. Теплопередача крізь циліндричні одно- і багатошарову стінки. Вираз коефіцієнта теплопередачі для цих випадків.

   15. В яких випадках і за рахунок чого можна інтенсифікувати теплопередачу? Яке існує загальне правило інтенсифікації теплопередачі?

   16. Що таке критична товщина ізоляції труби? Що таке критичний діаметр теплової ізоляції і як він визначається?