Теоретические задания к работе

1. Сформулируйте и решите стационарную задачу теплопроводности для многослойной стенки с граничными условиями I рода. Получите соотношение для расчета плотности теплового потока, проходящего через стенку.

2. Решая систему уравнений (6), получите расчетное соотношение для плотности теплового потока, связывающее его величину с общим термическим сопротивлением и температурным перепадом.

3. Предложите экспериментальные методы определения теплового потока, проходящего через однослойную стенку.

4. Предложите методы определения коэффициентов теплообмена для рассмотренной модели.

5. Запишите систему уравнений, подобную (6), для случая двухслойной стенки с коэффициентами теплопроводности ₁ и ₂ . Получите расчетное соотношение для плотности теплового потока.

6. Предложите сравнительный метод определения плотности теплового потока и коэффициентов теплообмена.

7. Покажите, что при заданной температуре внутри замкнутого объема увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций снижает уровень энергетических затрат на обогрев помещения.

8. Получите решение уравнения (8) и найдите величину плотности теплового потока.

Практические задания к работе

Исследование способов уменьшения тепловых потерь через ограждающие конструкции

Применяя стенки, изготовленные из различных материалов, исследуются возможные способы сбережения тепловой энергии. Из закона Фурье для стационарного режима теплопроводности имеем:

.

При постоянном тепловом потоке внутри объема уменьшение коэффициента теплопроводности материала стенки приводит к увеличению разности температур наружной и внутренней поверхностей. Если при этом температура наружной поверхности не меняется, то должна возрастать температура внутри объема. Следовательно, для поддержания оптимальной температуры внутри объема можно уменьшить мощность нагревателя и тем самым сэкономить тепловую энергию.

Если увеличивать толщину стенки, то при постоянном тепловом потоке внутри объема разность температур должна возрастать. Если при этом температура снаружи не меняется, то должна возрастать температура внутри объема. Т.о., при увеличении толщины стенки можно уменьшить мощность источника тепла и сэкономить тепловую энергию.

В стационарном режиме измерить перепад температур на тепломерах, закрепленных на стенках, полу и потолке. Рассчитать локальные значения тепловых потоков, а также его интегральное значение (количество теплоты, теряемое замкнутым объемом в единицу времени через ограждающие конструкции путем теплопроводности).

Определить величину тепловых потоков в случае применения одно- и двухслойных стенок. Рассчитать экономию тепловой энергии за счет увеличения термического сопротивления многослойной стенки.

Если на наружной поверхности осуществляется теплообмен в условиях вынужденной конвекции, то тепловые потери возрастают. Процесс теплоотдачи описывается уравнениями

Коэффициент теплообмена есть функция многих величин, в том числе скорости движения потока. Таким образом, уменьшить потери тепла возможно путем уменьшения скорости потока, омывающего наружную стенку.

Если на наружной и внутренней поверхностях осуществляется теплообмен в условиях вынужденной конвекции, то уменьшение тепловых потерь при теплопередаче возможно за счет увеличения термического сопротивления теплопередачи:

,

то есть уменьшением коэффициентов теплоотдачи и тепловой проводимости стенки.

Включить вентилятор снаружи ограждения. В стационарном режиме определить величину теплового потока, проходящего через ограждающие конструкции. Сравнить полученный результат с результатом в отсутствие «ветра». Рассчитать величину тепловых потерь.

Изменяя скорость движения воздушного потока, определять величины тепловых потерь.

Рассчитать коэффициенты теплообмена на наружной поверхности стен в случае свободной и вынужденной конвекции при различных скоростях движения воздуха.

Создать условия вынужденной конвекции внутри объема включением вентилятора. Определить величину тепловых потерь и сравнить их для случая свободной конвекции.

Экспериментально измерить коэффициенты теплопроводности материала стенок и материала теплоизоляции. Рассчитать величину термического сопротивления стенок.

Сделать вывод о способах уменьшения тепловых потерь при наличии вынужденной конвекции.