Вопросы.
.В каком состоянии находится водяной пар в начале и в конце процессов?
При адиабатном расширении водяной пар и в начале и в конце процесса находится во влажном насыщенном состоянии.
При изотермическом расширении – в начале процесса пар во влажном насыщенном состоянии, в конце – в перегретом состоянии.
Почему при расчёте процессов с водяным паром нельзя пользоваться соотношениями, справедливыми для идеального газа?
Для идеальных газов зависимость между параметрами р, v и T устанавливается уравнением состояния p·v=R·T. Причем два из этих параметров однозначно определяют третий.
Перегретый и насыщенный пары по своим свойствам существенно отличаются от идеальных газов. Поэтому соотношения между параметрами р, v и Т перегретых и насыщенных паров значительно сложнее, чем уравнение состояния идеального газа.
Для насыщенных паров давление является функцией температуры (р=f(Т)). Таким образом, для насыщенных паров две переменные р и Т не определяют состояния. Причем удельный объем vx определяется степенью сухости пара х. Удельный объем vx является функцией параметров р и х или T и х.
В связи с этим при расчёте процессов с водяным паром нельзя пользоваться соотношениями, справедливыми для идеального газа.
Задача №6. Плоская стальная стенка толщиной δ1 = 8 мм (λ1 = 40 Вт/(м·К)) с одной стороны омывается газами, при этом коэффициент теплоотдачи равен α1 = 30 Вт/(м2·К). С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ2 = 22 мм (λ2 = 0,15 Вт/(м·К)). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α2 = 9 Вт/(м2·К). Определить удельный тепловой поток q, Вт/м2 и температуры t1,t2,t3 поверхностей стенок, если температура газов равна tг = 3500C, а воздуха tв = 100C.
Решение:
Удельный тепловой поток через стенку:
q = (tг – tв) / [(1/α1) + (δ1/λ1) + (δ2/λ2) + (1/ α2)];
q = (350 – 10) / [(1/30) + (0,008/40) + (0,022/0,15) + (1/ 9)] = 1167 Вт/м2.
Так как в задаче представлена стационарная теплопроводность, то
q = α1· (tг – t1) = (t1 – t2)/(δ1/λ1) = (t2 – t3)/(δ2/λ2) = α2· (t3 – tв).
Тогда определяем температуры t1,t2,t3 поверхностей стенок:
t1 = tг – q/α1 = 350 – 1167/30 = 3110С;
t2 = t1 – q· (δ1/λ1) = 311 – 1167· (0,008/40) = 3100С;
t3 = t2 – q· (δ2/λ2) = 310 – 1167· (0,022/0,15) = 1390С.
Вопросы.
Какие виды теплообмена имеют место в рассчитываемой задаче?
В рассматриваемой задаче имеют место следующие виды теплообмена:
Свободный конвективный теплообмен от газов к плоской стальной стенке.
Теплопроводность внутри стальной стенки и пластины.
Свободный конвективный теплообмен от воздуха к пластине.
Каков физический смысл и количественная характеристика коэффициента теплопроводности?
Коэффициент теплопроводности λ (Вт/(м·К) – характеризует способность вещества проводить теплоту.
Коэффициент теплопроводности – количество теплоты, проходящее в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную grad t, при значении последнего 1 К/м.
Каков физический смысл и количественная характеристика коэффициента теплоотдачи?
Коэффициент теплоотдачи α - количество теплоты, которым обменивается среда и единичная поверхность твердого при разности температур между ними в один градус за единицу времени.