Цилиндр стенки
Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогична как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу (рис.12.2) с теплопроводностью l, внутренний диаметр d1, наружный диаметр d2, длина l. Внутри трубы находится горячая среда с температурой t'ж, а снаружи холодная среда с температурой t''ж.
Количество теплоты, переданной от горячей среды к внутренней стенке трубы по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:
Q = p·d1·a1·l·(t'ж – t1) , (12.9)
где a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки• с температурой t1;
Тепловой поток, переданный через стенку трубы определяется по уравнению:
Q = 2·p·l·l·(t1 – t2) / ln (d2/d1). (12.10)
Тепловой поток от второй поверхности стенки трубы к холодной среде определяется по формуле:
Q = p·d2·a2·l·(t1 - t''ж) , (12.11)
где a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.
Решая эти три уравнения получаем:
Q = p l·(t'ж – t''ж) • К, (12.12)
где Кl = 1/[1/(a1d1)+ 1/(2lln(d2/d1) + 1/(a2d2)] – (12.13)
- линейный коэффициент теплопередачи,
или Rl = 1/ Кl = [1/(a1d1)+ 1/(2lln(d2/d1) + 1/(a2d2)] – (12.14)
полное линейное термическое сопротивление
теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку.
1/(a1d1), 1/(a2d2) – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки;
1/(2lln(d2/d1) - термическое сопротивление стенки.
Для многослойной (n слоев) цилиндрической стенки полное линейное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:
Rl = 1/ Кl = [1/(a1d1)+ 1/(2l1ln(d2/d1) + 1/(2l3ln(d3/d2) + …
+ 1/(2lnln(dn+1/dn) + 1/(a2dn)] – (12.15)
2. Детандер. Классификация, назначение, схема поршневого детандера.
Детандер (от франц. détendre — ослаблять) — машина для охлаждения газа путём его расширения с отдачей внешней работы. Д. относится к классу расширительных машин (см. Пневмодвигатель), но применяется главным образом не с целью совершения внешней работы, а для получения холода. Расширение газа в Д. — наиболее эффективный способ его охлаждения. Д. используется в установках для сжижения газов и разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения (См. Глубокое охлаждение), в криогенных рефрижераторах, в установках, имитирующих высотные и космические условия, в некоторых системах кондиционирования воздуха (См. Кондиционирование воздуха) и т.д.
Наиболее распространены поршневые Д. (рис. 1) и турбодетандеры (рис. 2). Поршневые Д. — машины объёмного периодического действия, в которых потенциальная энергия сжатого газа преобразуется во внешнюю работу при расширении отдельных порций газа, перемещающих поршень. Они выполняются вертикальными и горизонтальными, одно- и многорядными. Торможение поршневых Д. осуществляется электрогенератором и реже компрессором. Применяются в основном в установках с холодильными циклами высокого 15—20 Мн/м2 (150—200 кгс/см2) и среднего 2—8 Мн/м2 (20—80 кгс/см2) давлений для объёмных расходов газа при температуре и давлении на входе в машину (физических расходов) 0,2—20 м3/ч. Турбодетандеры — лопаточные машины непрерывного действия, в которых поток проходит через неподвижные направляющие каналы (сопла), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и систему вращающихся лопаточных каналов ротора, где энергия потока преобразуется в механическую работу, в результате чего происходит охлаждение газа. Они делятся по направлению движения потока на центростремительные, центробежные и осевые; по степени расширения газа в соплах — на активные и реактивные; по числу ступеней расширения — на одно- и многоступенчатые. Наиболее распространён реактивный одноступенчатый центростремительный Д., разработанный П. Л. Капицей. Торможение турбинных Д. осуществляется электрогенератором, гидротормозом, нагнетателем, насосом. Турбодетандеры применяются главным образом в установках с холодильным циклом низкого давления 0,4—0,8 Мн/м2 (4—8 кгс/см2) для объёмных (физических) расходов газа 40—4000 м3/ч. Созданы турбодетандеры для холодильных циклов низкого, среднего и высокого давлений с объёмными расходами газа 1,5—40 м3/ч. Эти машины характеризуются малыми размерами (диаметр рабочего колеса 10—40 мм) и высокой частотой вращения ротора (100000—500000 об/мин).
Рис. 1. Схема поршневого детандера: 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — впускной клапан; 4 — выпускной клапан; 5 — кривошипно-шатунный механизм.