- •Методическое пособие по курсу «Теплотехника»
- •Удк 621.1(07) ббк 31.3р30
- •Предисловие
- •Введение
- •Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
- •Так как для политропы в соответствии с (1)
- •Характеристики термодинамических процессов
- •Эксергия
- •Термодинамические процессы реальных газов
- •Уравнение состояния реальных газов
- •Термодинамическая эффективность циклов теплосиловых установок
- •Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Циклы газотурбинных установок
- •Циклы паротурбинных установок
- •Цикл Ренкина на перегретом паре
- •Термический кпд цикла
- •Общая характеристика холодильных установок
- •Цикл паровой компрессионной холодильной установки
- •Основы теории теплообмена
- •Основные понятия и определения
- •Теория теплопроводности. Закон Фурье
- •О tднослойная плоская стенка
- •Многослойная плоская стенка
- •Однородная цилиндрическая стенка
- •Многослойная цилиндрическая стенка
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Теплопередача
- •Плоская стенка
- •Цилиндрическая стенка
- •Интенсификация теплопередачи
- •Тепловая изоляция
- •Задачи по теплопередаче
- •Конвективный теплообмен
- •Пограничный слой
- •Числа подобия
- •Массообмен
- •Частные случаи конвективного теплообмена
- •Экспериментальные данные по теплоотдаче
- •Список литературы
- •Содержание
- •Термический кпд цикла – 41
- •426034, Ижевск, Университетская, 1, корп. 4.
Тепловая изоляция
Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью (<0,2 Вт/(мК)). Такие материалы называются теплоизоляторами. Большинство теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой и пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением.
Теплоизоляционные свойства материалов ухудшаются с увеличением плотности, температуры и влажности материала.
Для плоской стенки увеличение толщины слоя изоляции увеличивает ее термическое сопротивление R, в результате чего увеличивается суммарное термическое сопротивление теплопередачи Rk. Значение R1 и R2 при этом не меняется.
Для цилиндрической стенки увеличение толщины слоя изоляции так же увеличивает R, но одновременно уменьшает R2=1/d22 (d2 - наружный диаметр цилиндрической стенки). И при некоторых условиях нанесение изоляции на трубу может привести к увеличению теплопотерь.
Теплоизоляция цилиндрической поверхности эффективно работает только при условии:
,
где dkp - критический наружный диаметр;
из - коэффициент теплопроводности изоляции.
Задачи по теплопередаче
Вычислить потери теплоты через единицу поверхности кирпичной обмуровки парового котла в зоне размещения водяного экономайзера, если толщина стенки =250мм, температура газов tж1=700С и воздуха в котельной tж2=30С. Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки 1=23 Вт/(м2С) и от стенки к воздуху 2=12 Вт/(м2С). коэффициент теплопроводности стенки =0,7 Вт/(мС).
Вычислить температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температура дымовых газов tж1=1000С, кипящей воды tж2=200С; коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке 1=100Вт/(м2С) и от стенки к кипящей воде 2=5000 Вт/(м2С). Коэффициент теплопроводности материала стенки =50 Вт/(мС) и толщина стенки =12мм. Решить задачу при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовых газов покрылась слоем сажи толщиной с=1мм [с=0,08 Вт/(мС)] и со стороны воды слоем накипи н=1мм [н=50 Вт/(мС)]. Вычислить плотность теплового потока через 1м2 загрязненной поверхности нагрева и температуры на поверхностях соответствующих слоев tс1, tс2, tс3, tс4. Нарисовать распределение температуры по слоям стенки. Сравнить результаты расчета с ответом задачи 2 и определить уменьшение тепловой нагрузки.
Вычислить плотность теплового потока q,Вт/м2, в пластинчатом воздухоподогревателе, если известно, что средняя температура газов tж1=315С и средняя температура воздуха tж2=135С, соответственно коэффициенты теплоотдачи 1=23 Вт/(м2С) и 2=30 Вт/(м2С). Толщина листов подогревателя =2мм. Коэффициент теплопроводности материала листов =50 Вт/(мС).
Определить температуры на поверхностях кирпичной стены помещения толщиной в 2 кирпича (=510мм) с коэффициентом теплопроводности =0,8 Вт/(мС). Температура воздуха внутри помещения tж1=18С; коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки 1=7,5Вт/(м2С); температура наружноговоздуха tж2= -30С; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены. обдуваемой ветром, 2=20Вт/(м2С). Решить задачу, если стена покрыта снаружи слоем тепловой изоляции толщиной 50мм с коэффициентом теплопроводности =0,08 Вт/(мС). Сравнить потери теплоты через изолированную и неизолированную стенки. Нарисовать распределение температур по слоям стенки.
Определить тепловой поток через наружную стену холодильника размером 40х6 м. Температура наружного воздуха t1=28С, температура воздуха в холодильнике t2= -20С. Стена холодильника толщиной 250мм с коэффициентом теплопроводности =1,28 Вт/(мК) покрыта слоями: пароизоляции п=5мм и п=0,82 Вт/(мК), теплоизоляции т=250мм и т=0,05 Вт/(мК), штукатурки ш=20мм и ш=0,78 Вт/(мК). Коэффициенты теплоотдачи: от наружного воздуха к стене 1=23,3Вт/(м2К); от внутренних стен к воздуху в холодильнике 2=10,5Вт/(м2К).
Стена здания выполнена из строительного кирпича толщиной =350мм, с обеих сторон покрыта штукатуркой толщиной 20мм. Коэффициенты теплоотдачи; от наружного воздуха к стене 1=25,4 Вт/(м2К), от стены к воздуху в помещении 2=8,5 Вт/(м2К). Температура наружного воздуха tн= -30С, температура внутри помещения tв=22С. Определить удельный тепловой поток и температуру внутренней поверхности стены в если коэффициенты теплопроводности кирпича к=0,81 Вт/(мК) и штукатурки ш=0,78 Вт/(мК). Какими станут тепловой поток и температура внутренней поверхности стен, и если стены внутри оклеить гофрированной бумагой б=0,064 Вт/(мК) толщиной 5мм.
Найти площадь поверхности нагрева секционного водо-водяного подогревателя производительностью Q=1500 КВт при условии, что средняя температура нагреваемой воды tж2=77С. Поверхность нагрева выполнена из латунных трубок диаметром d1/d2=14/16мм с коэффициентом теплопроводности с=120 Вт/(мС). На внутренней поверхности трубок имеется слой накипи н=0,2мм с коэффициентом теплопроводности н=2 Вт/(мС). Коэффициент теплоотдачи со стороны греющей воды 1=10000 Вт/(м2С) и со стороны нагреваемой воды 2=4000 Вт/(м2С). Так как отношение диаметров d1/d2=<1,8, то расчет можно провести по формуле для плоской стенки.
Вычислить потерю теплоты с 1м неизолированного трубопровода диаметром d1/d2=150/165мм, проложенного на открытом воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой tж1=90С и температура окружающего воздуха tж2= -15С. Коэффициент теплопроводности материала трубы =50 Вт/(мС). Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы 1=1000 Вт/(м2С) и от трубы к окружающему воздуху 2=12 Вт/(м2С). Определить так же температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.
По изолированному стальному трубопроводу диаметром 50х3,5мм течет холодный агент температурой -25С, коэффициент теплоотдачи от стены к холодному агенту 2=1520 Вт/(м2К). Температура воздуха в помещении tв=20С, коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности трубопровода 1=12,5 Вт/(м2К). Изоляцией служит слой стекловаты толщиной 100мм. Определить потери холода с изоляцией и без нее.
По трубопроводу, покрытому изоляцией, с наружным диаметром 280мм и длиной 20м, протекает холодный агент температурой tх= -17С; температура окружающего воздуха tв=18С, коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности 1=25,5 Вт/(м2К), коэффициент теплопередачи К=0,36 Вт/(м2К). Определить тепловой поток к холодному агенту и температуру на наружной поверхности трубопровода.