Основы технической термодинамики и теплотехники

при противоточной схеме потребуется теплообменник меньшей площади. Еще одно преимущество противоточного теплообменника заключается в том, что холодный теплоноситель в нем можно нагреть до температуры более высокой, чем температура греющего теплоносителя на выходе. В прямоточном теплообменнике этого сделать невозможно.

Рис.8.6. Схемы теплообменников с перекрестным током

теплоносителей: а – двухходовой воздухоподогреватель;

б-многоходовой змеевиковый водоподогреватель (экономайзер)

Кроме прямоточной и противоточной схем часто встречаются перекрестные с различным числом ходов (рис. 8.6). Средняя разность температур при перекрестном токе меньше, чем при противотоке, но больше, чем при прямотоке. При расчете средней разности температур для сложных схем движения теплоносителей вначале определяют среднюю разность температур в предположении, что теплообменник – противоточный, а затем вводят поправки, численное значение которых берут для каждого конкретного случая из справочников. При числе перекрестных ходов более трех, например, для широко распространенных змеевиков теплообменников (рис. 8.6, б) схему движения можно считать чисто противоточной или чисто прямоточной.

При конструктивном расчете теплообменника известны начальные и конечные параметры теплоносителей и необходимо рассчитать поверхность теплообменника, т.е. фактически сконструировать теплообменник. Порядок выполнения такого расчета:

1)Из балансового уравнения определяют мощность теплового потока, которую должен получить холодный теплоноситель от горячего.

111

Пользуясь рекомендациями специальной литературы, задаются скоростями течения теплоносителей и конструктивными особенностями теплообменника (диаметрами трубок, проходными сечениями для теплоносителей).

По методике, изложенной в разделе о теплопередаче, рассчитывают коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи.

4)Определяют значение среднеинтегральной по длине теплообменника разности температур теплоносителей.

Из уравнения теплопередачи находят площадь F идеального теплообменника.

Задаются значением коэффициента использования поверхности ηF и рассчитывают площадь поверхности реального теплообменника F1.

При известной площади F1 рассчитывают длину трубок теплообменника. При поверочном расчете рассчитывают конечные параметры, т.е. проверяют пригодность данного теплообменника для конкретного технологического процесса.

9.Вопросы к разделу «Теплотехника»

1.Как называется самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем?

2.Каков уровень переноса тепла теплопроводностью?

3.Как определяется коэффициент теплопроводности для различных веществ?

4.Каков уровень переноса тепла конвекцией?

5.Каков диапазон длин волн электромагнитного излучения светового и инфракрасного?

6.Какова разница у степени черноты радиоволн и у инфракрасного излучения?

7.Какая степень черноты больше: у сажи или у снега?

8.Как называется теплообмен, учитывающий три вида передачи теплоты?

9.Что такое конвективный теплообмен?

10.Какой коэффициент пропорциональности входит в закон Фурье?

11.Какой коэффициент пропорциональности входит в закон Рихмана?

112

12.Во сколько раз уменьшается теплопоток через стенку здания, если между двумя слоями кирпичей толщиной 250 мм установить прокладку пенопласта толщиной 50 мм (коэффициенты теплопроводности: кирпича

–0,5; пенопласта – 0,05Вт/(м*К))?

13.Какой механизм у естественной конвекции?

14.Какой коэффициент больше: теплоотдачи или теплопроводности?

15.Что такое пограничный ламинарный тепловой слой?

16.Что называется теплопередачей?

17.При превышении какого параметра возрастает теплоизоляция трубопроводов?

18.Рассчитать теплопоток через глухую стенку здания размером 3 * 4 м зимой (t1 = 300С; t2 = –200С). Стена сделана из кирпича толщиной 0,5 м. Коэффициент теплопроводности стены 0,5Вт/(м*К). Коэффициенты теплоотдачи: (α1 = 10; α2 = 20 Вт/(м2*К).

19.Что является движущей силой переноса теплоты?

20.Что используется по аналогии с переносом электрического тока вместо разности потенциалов?

21.Что используется по аналогии с переносом электрического тока вместо омического сопротивления?

22.Что используется по аналогии с переносом электрического тока вместо электрического тока?

23.Вещество излучает тепло больше или меньше, чем поглощает?

24.Из каких составляющих состоит сложный тепловой поток?

25.Из чего состоит коэффициент теплопередачи?

26.Во сколько раз уменьшается теплопоток через стенку здания, если между двумя слоями кирпичей толщиной 500 мм установить прокладку пенопласта толщиной 50 мм. Коэффициенты теплопроводности: кирпича

–0,5; пенопласта – 0,05 Вт/(м·К).

27.Какой газ имеет наибольший коэффициент теплопроводности: воздух или водород?

28.Каким коэффициентом характеризуется передача тепла через плоскую стенку, разделяющую две жидкости?

29.Каков размер теплового и гидродинамического пограничных слоев?

30.Какими коэффициентами характеризуется поглощение тепла лучеиспусканием?

31.Почему в сауне с температурой более 1000С человек может находиться довольно долго, а в кипятке нет?

32.Какие статьи включает тепловой баланс реактора?

33.На что указывает знак минус в уравнении Фурье?

34.От чего зависит тепловой поток через многослойную стенку?

35.Чем отличаются серые, белые и серые тела в теории теплообмена?

36.Какие меры надо принять при интенсификации передачи тепла?

37.Какие меры надо принять при сохранении тепла?

113

38.Рассчитать контактное сопротивление при соединении двух пластин с шероховатостью поверхности 5-го класса ( расстояние между впадинами

и вершинами 0,03 мм). Коэффициент теплопроводности воздуха –

2,59*10-2Вт/(мК).

39.Каковы диапазоны изменения коэффициента теплоотдачи для различных веществ?

40.От каких свойств веществ зависит коэффициент теплоотдачи?

41.Что такое приведенная степень черноты системы тел?

42.Рассчитать термическое сопротивление глухой стенки здания размером 3*4 м, сделанную из кирпича, покрытого штукатуркой и покрашенного краской. Толщина кирпича – 0,25 м, толщина штукатурки – 0,05 м, толщина краски – 0,01 м. Коэффициенты теплопроводности: кирпича – 0,5, штукатурки – 0,6, краски – 0,8 Вт/(мК).

43.При каком способе передачи теплоты происходит двойное превращение энергии?

44.Что такое коэффициент облученности?

45.Рассчитать термическое сопротивление однослойной глухой стенки здания размером 3*4 м, сделанной из кирпича толщиной 0,5 м. Коэффициент теплопроводности кирпича – 0,5 Вт/(мК).

46.Какие материалы применяют для тепловых экранов?

47.Определить коэффициент теплопроводности материала стенки толщиной 100 мм, если плотность теплового потока через нее q = 500 Вт/м2, а разность температур на ее поверхностях ∆t = 40.

48.Рассчитать тепловой поток излучением от стальных окисленных труб

наружным диаметром 0,2 м общей длиной 10 м, используемой для отопления гаража с температурой стенки гаража 150С. Температура стенки трубы 850С. Степень черноты для стали 0,8.

49.У каких материалов наибольшие теплоизоляционные свойства?

50.Рассчитать теплопотери через двойное стекло с воздушным зазором зимой (t1 = 200C; t2 = –200С, толщина каждого стекла 50 мм, толщина воздуха 50 мм, коэффициенты теплопроводности: стекла –1,0, воздуха –

0,02 Вт/(мК); α1 = 10, α2 = 30.

114

10.Список литературы

1.Техническая термодинамика. В.А. Кириллин [и др.]. – М.: Издательский мир МЭИ, 2008.

2.Техническая термодинамика. В.И. Крутов– М.: Высшая школа, 1991.

3.Теоретические основы теплотехники. В.И. Ляшков– М.: Высшая школа, 2008.

5.Теплотехника. В.Н. Луканин [и др.]. – М.: Высшая школа, 2000.

6.Теплотехника. Баскаков и др.– М.: Энергоатомиздат, 1991.

7.Техническая термодинамика и теплопередача. В.В. Нащокин – М.: Аз-book, 2009.

115

Учебное издание

Дыблин Борис Семенович

Основы технической термодинамики и теплотехники

Учебное пособие

Редактор и корректор Н.В. Шиляева

Подписано в печать 23.05.2013. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 7,9.

Тираж 50 экз. Заказ № 253/2012.

Отпечатано с готового оригинал-макета в издательстве Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.