Вариант 8 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Лаба 1 / Лабораторная работа №1 ВАРИАНТ 8
.docxФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
(РУТ (МИИТ))
ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»
Лабораторная работа
Исследование теплопроводности и теплопередачи в многослойных стенках
Выполнил:
Подуфалов М.М
Проверил:
Тимошенкова Е.В.
МОСКВА-2017
Лабораторная работа №1 Исследование теплопроводности и теплопередачи в многослойных стенках
Задача №1 Исследование теплопроводности в плоских стенках, выполненных из разных материалов
Плоская стенка выполнена из материала … толщиной δ, мм. Температура ее поверхности t1 и t2 ,оС. Коэффициент теплопроводности материала является функцией от температуры λ=f(t) Вт/(м·К). При некоторых инженерных расчетах пользуются средним коэффициентом теплопроводности λср.
Определить значения температур в толщине слоя стенки и построить график распределения температур в стенке при условии 1) λср=const 2) λ=f(t)
Оценить влияние материала стенки на интенсивность процесса теплопроводности.
Исходные данные:
Материал |
Коэффициент теплопроводности λ |
Температура поверхности стенки |
Толщина стенки, мм |
|
t1, оС |
t2, оС |
|||
Асботермит |
λ =0,109(1+0,00134t) |
850 |
25 |
180 |
Шамотный кирпич |
λ =0,838(1+0,0007t) |
550 |
20 |
160 |
Новоасбозурит |
λ =0,144(1+0,00097t) |
1000 |
30 |
230 |
Решение:
В случае использования λср получается линейная зависимость коэффициента теплопроводности материала от его температуры:
Средний коэффициент теплопроводности определяется по формуле:
Где tср – средняя температура стены, оС
λ0 – коэффициент теплопроводности материала при 0 оС
- постоянная, зависящая от природы материала и определяемая опытным путем, к-1
Плотность теплового потока через стенку, Вт/м2, определяется по формуле:
Температурное поле в стенке. Распределение температур в стенке.
1) при условии λср=const
Температура на любом расстоянии x, м, от поверхности стенки (решение диффер. уравнения теплопроводности) определяется по формуле:
Результаты расчетов заносятся в таблицу 1
Таблица 1- Изменение температуры в стенке при условии λ=const
x, мм |
0 |
36 |
72 |
108 |
144 |
180 |
tx, оС |
850 |
685 |
520 |
355 |
190 |
25 |
x, мм |
0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
tx, оС |
550 |
417,5 |
285 |
152,5 |
20 |
x, мм |
0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
200 |
230 |
tx, оС |
1000 |
831,3043 |
662,6087 |
493,913 |
325,2174 |
156,5217 |
30 |
2) при условии λ=f(t)
Температура на любом расстоянии x, м, от поверхности стенки определяется по формуле:
Таблица 2- Изменение температуры в стенке при условии λ=f(t)
x, мм |
0 |
36 |
72 |
108 |
144 |
180 |
tx, оС |
850 |
722,5506 |
582,9365 |
426,8224 |
246,4544 |
25 |
x, мм |
0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
tx, оС |
550 |
432 |
305 |
169 |
20 |
x, мм |
0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
200 |
230 |
tx, оС |
1000 |
867,2516 |
724,4931 |
569,0472 |
396,7757 |
200,6382 |
30 |
График распределения температур в стенке:
График №1
График №2
График №3
Вывод: чем ниже коэффициент теплопроводности, тем менее интенсивнее происходит теплообмен. Самый низкий коэффициент теплопроводности у асботермита. Как видно из графика №2 у этого материла самая низкая интенсивность. У шамотного кирпича самый высокий коэффициент теплопроводности, как видно из графика №1 у него самая высокая интенсивность.
Задача №2
Исследование теплопередачи в многослойных стенках
В нагревательной печи, где температура газов tж1, оС, стенка сделана из 3-х слоев: динасового кирпича толщиной 60 мм, красного кирпича толщиной 250 мм и снаружи слоя изоляции толщиной δиз, мм. Воздух в цехе имеет температуру tж2, оС. Коэффициент теплоотдачи в печи от газов к стенке α1 Вт/м2К, снаружи от изоляции к воздуху α2 Вт/м2К. Найти коэффициент теплопередачи от газов к воздуху, удельные потери теплоты через стенку, температуры на поверхностях всех слоев.
Построить график распределения температур в стенке. Оценить влияние изоляции на интенсивность процесса передачи тепла. Дать рекомендации по выбору наиболее целесообразной изоляции.
Исходные данные:
Материал изоляции |
Толщина изоляции, мм |
tж2, оС |
α2, Вт/(м2 оС) |
tж1, оС |
α1, Вт/(м2 оС) |
Ньювель |
50 |
25 |
45 |
1350 |
110 |
Стекловата |
40 |
20 |
50 |
1350 |
110 |
Бетон |
110 |
17 |
42 |
1350 |
110 |
Новоасбозурит |
80 |
15 |
37 |
1350 |
110 |
Решение:
схема
Уравнения, определяющие процесс теплопередачи:
I
II
III
Плотность теплового потока через стенку Вт/м2, определяется по формуле:
Коэффициент теплопередачи Вт/м2 0С:
График распределения температур в многослойной стенке
Вывод: наиболее лучшая изоляция – Стекловата. Как мы видим из графика, у стекловаты наиболее лучшее распределение температур в стенке. Самая худшая изоляция – бетон.