Задача №3

По стальной трубе, внутренний и внешний диаметры которой соответственно и , а теплопроводность , течёт газ со средней температурой , коэффициент теплоотдачи от газа к стенке . Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой ; коэффициент теплоотдачи от стенки к воде.

Определить коэффициент теплопередачи, удельный тепловой поток на 1 м длины трубы и температуры поверхностей трубы.

Изобразить графически изменение температуры при передаче теплоты через стенку трубы.

Дано:

;

;

;

;

;

;

;

.

?

?

?

? Рисунок 3.1 – Изменение температуры при

передаче теплоты через стенку трубы

Решение:

По формуле (2) коэффициент теплопередачи равен

Подставим известные значения и получим

Найдём удельный тепловой поток

Из формул теплопроводности цилиндрической стенки найдём температуры поверхностей стенки.

где – количество теплоты;

– площадь внутренней стенкитрубы, равная

Выразим и найдём температуру внутренней стенки трубы

Выпишем формулу теплопроводности для границы стенка-вода

где – площадь наружной стенки трубы, равная

Выразим и найдём температуру наружной стенки трубы

Краткие сведения по задаче.

Теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.

Виды теплообмена:

• теплопроводность;

• конвективный теплообмен;

• радиационный теплообмен.

Теплопередача – это теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Интенсивность теплопередачи характеризуется коэффициентом теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи – величина, характеризующая интенсивность передачи тепла через ограждающую конструкцию. Определяется отношением плотности теплового потока, проходящего через поверхность, к разности температур воздушных сред, прилегающих к конструкции.

Тепловой поток – количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность теплового потока совпадает с размерностью мощности. Тепловой поток, отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока (удельным тепловым потоком или тепловой нагрузкой). Плотность теплового потока также является вектором, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.

Контрольный вопрос

Тема: «Цикл Тринклера»

Цикл Тринклера — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс дизельного двигателя со смешанным сгоранием.

Идеальный цикл Тринклера состоит из процессов:

p-V диаграмма цикла Тринклера

1—2 В рабочем цилиндре воздух адиабатически сжимается за счет инерции маховика, сидящего на валу двигателя, нагреваясь при этом до температуры, обеспечивающей воспламенение жидкого топлива.

2—3 Сгорание части топлива в небольшом объеме форкамеры (V=const).

3—4 Догорание оставшегося топлива в рабочем цилиндре (P=const).

4—5 Адиабатическое расширение продуктов сгорания.

5—1 Удаление выхлопных газов (V=const).

Жидкое топливо, введенное в форкамеру при сравнительно невысоком давлении, распыляется струей сжатого воздуха, поступающего из основного цилиндра. Вместе с тем цикл со смешанным сгоранием частично сохраняет преимущества цикла Дизеля перед циклом Отто – часть процесса сгорания осуществляется при постоянном давлении.

Термический КПД цикла Тринклера ,

Где n = V1/V2 — степень сжатия,

m = V4/V3 — степень предварительного расширения,

λ = p3/p2 — степень повышения давления при изохорном процессе сгорания,

k — показатель адиабаты.

Частными случаями цикла Тринклера являются цикл Отто (при ε = 1) и цикл Дизеля (при λ = 1).

Литература:

1. Исаченко В.П.и др.Теплопередача. М.: Энергия, 1975. – 488 с.

2. Кирилин В.А. и др. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1983. – 448 с.

3. Краснощёков Е.А. и Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М.: Энергия, 1980. – 288 с.

4. Техническая термодинамика / под ред. В.И. Крутова, М.: Высшая школа, 1991. – 384 с.

5. Теплотехника / под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 2000. – 671 с.