Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

МельникБуляндра.Теплотехніка_ДРУК

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
997.67 Кб
Скачать

31

відбувається ізобарично-ізотермічний процес пароутворення і у пароперегрівник надходить суха насичена пара (точка 6). Параметри киплячої води і сухої насиченої пари знаходимо за дод. 1.

Знайдені параметри для всіх характерних точок заносимо до табл. 4.1. Для здійснення процесу конденсації пари у конденсаторі треба від пари

відводити теплоту конденсації. Вона відводиться охолоджувальною водою, що подається у конденсатор циркуляційним насосом. Витрату води визначають за рівнянням теплового балансу конденсатора:

Qп = Qв ,

(4.20)

де Qп і Qв – тепловий потік, що виділяється відповідно під час конденсації

пари і відводиться охолоджною водою, кВт.

 

Оскільки процес теплообміну відбувається за сталого тиску, рівняння

(4.20) можна записати так:

 

 

 

 

D(h - h ) = Mcв Dt ,

(4.21)

 

3

2

р

 

де D – паровидатність парогенератора, кг/с; h3

− ентальпія конденсату після

конденсатора,

кДж кг ; h2

– ентальпія пари, що надходить у конденсатор,

кДж кг ; M

масова витрата охолодної води,

кг с ; cвр = 4,19кДж (кг ×К )

масова ізобарична теплоємність води; Dt − зміна температури охолодної води,

K .

Відношення масової витрати охолодної води M до масової витрати пари D називається кратністю охолодження, n = MD, кгводи кгпари .

Термічний ККД циклу Ренкіна визначають за рівнянням (4.1), а питому витрату пари на 1 кВт×год - за рівнянням (4.2).

Приклад. Тиск пари перед турбіною p1 = 35бар , температура t1 = 4350 C , тиск у конденсаторі p2 = 0,005МПа .

Визначаємо параметри води і водяної пари у характерних точках циклу. За

дод.

2

та

3

знаходимо

для

точки

1:

tн1 =

242,54ºС;

h1 =3303,4кДж кг;

υ = 0,08972 м3

кг ;

s = 6,9589кДж

(кг× К );

внутрішня

енергія:

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

u = h - pυ = 3303,4-35×105 ×0,08972×10−3 = 2989,4кДж кг .

 

 

1

1

1

1

 

 

1−2

 

 

 

 

 

Точка

2.

Процес

адіабатичний, тому

ентропія

s1 = s2 = 6,9589кДж (кг× К ).

За

дод.

1

для

тиску

p2

знаходимо

s2' = 0,4762кДж (кг× К );

s2"

= 8,3952кДж (кг ×К ).

Оскільки

s'2 < s2 < s"2 , пара

після турбіни волога насичена і для визначення її параметрів знаходимо за (3.9) ступінь сухості x2 :

x2 = s2 s'2 = 6,9589 - 0,4762 = 0,819 , а за (3.10…3.13) s"2 - s'2 8,3952 - 0,4762

h2 = h2' x + h2' (1- x2 ) = 2561,2 × 0,819 +137,77(1- 0,819) = 2122,6 кДжкг , υ2 =υ"2 x2 +υ2' (1 - x2 ) = 28,196× 0,819 + 0,0010052(1- 0,819) = 23,1м3кг ,

32

( h2' ,h2" ,υ2' ,υ"2 взяти із дод. 1 за тиском p2); звідки:

u2 = h2 p2υ2 = 2122,6 -0,05×105 ×23,1×10−3 = 2007,1кДжкг .

 

Параметри у точках 3 (кипляча вода за тиску p2 ), 5 (кипляча вода за тиску

p1 ) та 6 (суха насичена пара за тиску

p1 ) знаходимо також за дод. 1.

 

 

 

У точці

4 недогріта

вода

і

υ

її

параметри

знаходимо за дод.2 та 3:

p

= p = 35бар , t

4

= t

н2

= 32,90С

,

4

= 0,0010038 м3 кг ,

h =140,9кДж кг ,

4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

s4 = 0,4747кДж (кг×К ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

= h p υ

=140,9-35×105 ×0,0010038×10−3 =137,4кДж кг .

 

 

 

 

4

4

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Знайдені параметри заносимо у таблицю 4.4.

 

Таблиця 4.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметр

 

 

 

Одиниці

 

 

 

 

 

 

 

 

Характерні точки циклу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вимірювання

 

 

1

 

 

2

 

3

 

4

5

 

6

 

 

p

 

 

 

МПа

 

 

 

3,5

 

0,005

 

0,005

 

3,5

3,5

 

3,5

 

 

υ ×103

 

 

 

м3/кг

 

 

 

89,72

 

23100

 

1,0052

 

1,0038

1,2345

 

57,02

 

 

t

 

 

 

ºС

 

 

 

 

435

 

 

32,9

 

32,9

 

32,9

242,54

 

242,54

 

 

h

 

 

 

кДж/кг

 

 

 

3303,4

 

2126,2

 

137,77

 

140,9

1049,8

 

2801,3

 

 

s

 

 

 

кДж/(кг·К)

 

 

6,9589

 

6,9589

 

0,4762

 

0,4747

2,7253

 

6,1218

 

 

u

 

 

 

кДж/кг·

 

 

 

2989,4

 

2007,1

 

137,7

 

137,4

1045,5

 

2601,7

 

Для кожного процесу визначаємо енергетичні характеристики Q, ∆U, L, ∆S і результати заносимо у таблицю 4.5

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 4.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процес

 

Q, кВт

 

U, кВт

 

L, кВт

 

S, кДж/К

 

 

 

 

1−2

 

0

 

− 20464,6

 

20464,6

 

0

 

 

 

 

2−3

 

− 41350,6

 

− 38945,8

 

− 2406,1

 

− 135,1

 

 

 

 

3−4

 

 

 

 

 

 

 

 

4−5

 

18935,4

 

18918,7

 

16,7

 

46,9

 

 

 

 

5−6

 

36489,6

 

32420,8

 

4067,7

 

70,8

 

 

 

 

6−1

 

10460,4

 

8077,1

 

2384,4

 

17,4

 

 

 

 

Сума

 

24534,8

 

+ 5,2

 

24527,3

 

0

 

 

 

 

У таблиці

Q = Dq ;

U = D u ; L = Dl ;

S = D s, де D

– масова

продуктивність котельного агрегату, кг/с ( D = 75 т/год = 20,83 кг/с);

q

питома теплота, кДж кг ;

 

u –зміна питомої внутрішньої енергії,

кДж кг ;

l

– питома робота, кДж кг ; ∆s – зміна питомої ентропії, кДж (кг× К ).

Далі

визначаємо витрату охолодної води через конденсатор (4.21), кратність охолодження (4.22) , корисну роботу циклу, термічний ККД (4.1) та питому витрату пари (4.2).

Задача №4.3. В калорифер подається повітря при tп = 250C і ϕ1 = 80% в

g

кількості V = 0,5 м3 с , де воно підігрівається до t1 =800 C і направляється в

33

сушильну камеру, в якій за адіабатичних умов відбувається сушіння фруктів. Із сушарки повітря виходить з температурою t2 = 400 C .

Знайти параметри повітря перед сушаркою та на виході з неї (температури мокрого та сухого термометрів, точку роси, вологовміст, відносну вологість, парціальний тиск пари та сухого повітря і значення ентальпії), а також обрахувати витрати сухого повітря та теплоти на випаровування m = 5кг вологи із фруктів за даних умов. Барометричний тиск становить 101325 Па. Зобразити ці процеси на H-d діаграмі. Процес насичення вологого повітря вважати ідеальним (адіабатичним). Яка потужність нагрівача при цьому повинна бути? За який час відбудеться випаровування такої кількості вологи? Розв’язання: На рис. 3 наведено хід розв’язання цієї задачі.

З діаграми H-d знайдемо параметри вологого повітря в характерних точках процесу сушарки та занесемо їх в табл.4.6:

Таблиця 4.6

Точка

tp ,

o

C

tс

,

o

C

tм, C

d, гп кг

 

H, кДж кг

 

ϕ,%

Pп ,кПа

Pс ,кПа

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сп

 

сп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

22

 

25

22

16

 

55

 

80

2,5

99,825

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

22

 

80

34

16

 

122

 

5,2

2,5

99,825

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

33

 

40

33,5

32

 

122

 

70

4,8

96,525

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Знайдемо масову витрату сухого повітря. Для цього скористаємося рівнянням стану, так як сухе повітря розглядається як ідеальний газ:

m =

рсп ×V

 

. Для сухого повітря R

 

= 287

Дж

. Парціальний тиск сухого

Rсп ×Т

 

сп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сп

 

кг ×К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

повітря

 

 

 

 

 

знайдемо

 

 

 

 

 

 

з

рівняння

 

Дальтона:

рcп = рбар рп =101325− 2500 = 98825Па .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

g

 

98825×0,5

 

кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

×V

 

 

 

Звідси

 

 

маємо: mсп =

сп

 

=

 

 

= 0,578

с .

Потужність

 

 

R

×Т

 

287×(273+ 25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нагрівача

 

 

при

 

 

 

 

цьому

повинна

 

становити

g

 

(Н1

- Н0 ) = 0,578

(122-55) = 38,71кВт.

 

 

 

Qн = mcп

 

 

 

На

 

випаровування

5

 

кг

вологи

потрібно

буде

сухого повітря:

 

5×1000

 

5000

 

 

 

кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мсп = d

 

-d

 

=

 

= 312,5

 

сп кгв

 

 

і

витрати

теплоти

2

 

32-16

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qвип = Мcп (Н1 - Н0 ) = 312,5(122 -55) = 20937,5кДж.

Таке

випаровування

відбудеться за час τ = Qвип =

20937,5

= 540,8с = 9хв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

38,71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

Контрольне завдання:

g

Через калорифер пропускається V м3год атмосферного повітря за абсолютного тиску 96 000 Па. Початкова температура повітря становить tп , а відносна вологість - ϕ1 . Після виходу з калорифера температура повітря становить t1 град. С і воно поступає в сушильну камеру звідки виходить з параметрами: t 2 і ϕ2 . Визначити: потужність калорифера, кількість вологи ,

яку “ поглинуло ” повітря в сушильній камері , а також час, за який з сировини, що сушиться, буде відведено 100 кг вологи. Розв’язання задачі виконати за допомогою H-d діаграми, зобразивши це графічно.

Значення tп , ϕ1 , t1 , t2 та V вибрати із табл. 4.7 за шифром своєї залікової книжки.

Таблиця 4.7

Остання

V Ч10-5

tп ,оС

t1 ,оС

Передостан-ня

t2 ,оС

ϕ1

ϕ2 ,

цифра шифру

м3 год

 

 

цифра шифру

 

,%

%

 

 

 

 

 

0

1

20

90

0

30

40

90

1

2

25

85

1

25

35

80

2

3

30

80

2

20

30

85

3

4

35

70

3

20

30

90

4

5

20

70

4

25

25

95

5

6

25

90

5

30

30

90

6

7

30

75

6

20

25

85

7

8

35

90

7

25

35

80

8

9

10

80

8

30

30

85

9

10

15

90

9

20

40

90

35

Рис.3. Протікання процесів в сушарці на H-d діаграмі.

36

Розділ “ТЕПЛОПЕРЕДАЧА”

Заняття № 5 . “Теплопровідність однота багатошарових плоских і циліндричних стінок у стаціонарному режимі при граничних умовах першого та третього роду. Критичний діаметр ізоляції.»

Питомий тепловий потік теплопровідністю через однорідну агатошарову

плоску стінку визначається як : q =

 

 

t1 t4

 

=

 

 

t

 

=

t

 

 

. (5.1)

δ1 λ1

+δ2 λ2

+δ3 λ3

å (δ λ)

å R

 

Питомий

 

тепловий потік теплопередачі для

багатошарової

плоскої

стінки визначається по формулі: q =

 

tг tх

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

= R

 

 

 

 

 

(5.2),

1 α1 + å(δi λi )+1 α2

 

 

 

 

 

é

 

ù

- коефіцієнти тепловіддачі, відповідно від

гарячого

де α12 ëВт м

2

× К û

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теплоносія до стінки і від стінки до холодного теплоносія; δі

[м] іλі

é

 

ù

ëВт м×К û

- товщина відповідного шару і його теплопровідність;

Dt é

0C, K ù

-

градієнт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ë

û

 

 

 

температур (температурний напір); R - термічний опір éëм2 ×КВтùû .

Температура на поверхні шарів багатошарової плоскої стінки (граничні умови 1 роду) визначається з умови, що тепловий потік , який проходить через будь яку ізотермічну поверхню неоднорідної стінки, один і то й же, тобто, незмінний (а значить і густина теплового потоку також незмінна, так як площа усіх прошарків однакова) :

t2 = t1 q

δ

 

= t2

 

δ

= t1

q(

δ

δ

n

δ

(5.3)

λ1 ; t3

q λ2

λ1 +

λ2 ); tn+1

= t1 qåλi .

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

2

i=1

i

 

Температура на поверхні шарів багатошаровї стінки для умов

теплопередачі (граничні умови 3 роду) становитиме :

 

 

tc(i+1) = t1p

- qçæ

1α + åδi λ ÷ö

(5.4), а для одношарової –

 

 

 

 

 

 

è

 

 

1

 

 

i ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

= t

 

- q

,

або

t

= t

 

 

+ q

α2

 

 

(5.5)

 

 

c1

 

1p

 

α1

 

 

 

 

c2

 

2 p

 

 

 

 

При розв’язанні подібної задачі для циліндричної стінки необхідно

скористатися наступними формулами:

 

 

 

 

q

 

=

 

 

 

(t1 -t2 )

 

=

Dt

 

 

 

 

 

 

 

(5.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

(12πλ)×ln d2 d

RL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- величина теплового потоку, віднесена до одиниці довжини труби; або відповідно теплові потоки віднесені до внутрішнього чи зовнішнього

діаметрів:

 

(t1 -t2 )

 

 

 

 

(t1 -t2 )

 

 

 

q1 =

 

 

 

; q2 =

 

 

 

.

(5.7)

(1

)×d ×ln d2

d1

(1

)×d ×ln d1

 

 

 

1

 

 

2

d2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

Теплопровідність через багатошарову циліндричну стінку вираховують з умови, що тепловий потік, який проходить крізь усі шари є незмінний (1-ий закон термодинаміки), однак густина теплового потоку по шарах різна, так як площа поверхні кожного шару змінюється ( різні діаметри) . Тому, в такому випадку найбільш широко застосовують визначення густини теплового потоку на одиницю довжини труби:

qL =

 

×(t1

-tn )

 

.

(5.8)

n

( 1λ )×ln di+1 d

 

å

i

 

 

i=1

i

 

 

Температура на поверхні шарів багатошарової циліндричної стінки:

t

 

= t

ql

ln

d2

;

2

2πλ

d

 

1

 

 

 

 

 

1

1

 

 

q

 

d

3

 

q

1

 

d

2

1

 

d

3

 

q

n 1

d

i+1

 

 

 

l

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

t3 = t2 -

2πλ

ln

d

2

= t1 -

(

λ

ln

d

+

λ

ln

d

2

); tn+1 = t1 -

å

λ

ln

d

i

.

(5.9)

 

2

 

 

 

 

1

 

 

1

2

 

 

 

 

i=1 i

 

 

 

 

Для циліндричної стінки визначення теплового потоку та питомого теплового потоку (віднесеного на одиницю довжини стінки) для теплопередачі (граничні умови третього роду) проводять по формулам:

Q =

 

 

 

 

 

 

(tг tx )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

1π d α L + (1Lλ)×ln d2 d

+ 1π d α

2

L

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

qL

=

 

 

 

 

 

 

 

(tг tх )

 

 

 

 

 

=

 

 

Dt

= kL ×Dt ;

 

1π d α

+ (12πλ)×ln d2 d

+ 1π d α

2

 

 

 

RL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

L

= π d α

 

(t

г

t

х

) = 2πλ (ln

di+1

)−1 = π d

 

 

 

α

(t

n+1

t

х

) .

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

і

di

 

 

 

n+1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Визначення

 

критичного

 

діаметру

ізоляції

 

проводять

по

(5.10)

(5.11)

(5.12)

формулі:

λіз £α2d2 2 =α2r2 (5.13). Якщо ця умова не витримана, то ізоляційний матеріал

підібрано неправильно!!! Ці висновки справедливі і для ізоляції сферичних поверхонь.

Задача 5.1

Визначити втрати теплоти з поверхні електрокотла, якщо товщина його стінки δ1 = 20мм , коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки становить

λ1 = 48Вт(м×К ). З внутрішньої сторони стінка котла покрита шаром накипу товщиною δ2 = 3мм з теплопровідністю λ2 =1,5Вт(м×К ). Площа поверхні

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38

котла становить

20

м2 . Температура внутрішньої стінки котла

становить

t =1000C ,

а

зовнішньої – t

2

= 99,80C

. Температура повітря в приміщенні

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tп =150 C ,

а

коефіцієнт

тепловіддачі

від

стінки в середовище

становить

α =15Вт (м2 × К) .

Як зміниться втрата теплоти, якщо котел покрити шаром

ізоляції δіз = 50мм

з

λіз = 0,05Вт (м× К )?

Які будуть температури на

зовнішній та внутрішній стороні ізоляції? Задачу розв’язувати як для плоскої стінки.

Розв’язування: Втрата теплоти з поверхні неізольованого електрокотла становитиме:

Q1 = α × F ×(t1 - tп ) =15× 20×(99,8 -15) = 25140Вт .

 

 

Густина

 

 

 

теплового

потоку

для

неізольованої

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхні

 

 

 

 

 

 

 

 

 

електрокотла

 

 

 

 

згідно

(5.1): q =

 

t1 - t2

 

 

 

=

 

 

100 - 99,8

 

 

 

= 82,75

Вт м2

 

 

.Якщо ми покриємо зовнішню стінку

 

δ

 

 

δ

2 λ

0,02

48 +

0,003

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 λ +

 

 

 

 

 

 

 

 

1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ізоляцією, то

 

 

рівняння

матиме вид: q =

 

 

 

t1 - t3

 

 

 

 

.

Однак,

температура

на

 

 

δ

1 λ

+

δ

2

λ

 

 

+

δ

і3 λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

і3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зовнішній поверхні ізоляції невідома. Її можемо знайти з цього рівняння, так

як густина

теплового

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

потоку

 

 

 

 

 

 

 

 

при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

цьому

 

 

 

не

змінюється. t = t - q(δ1

 

+δ2

 

+ δі3

 

 

) = 100 - 82,75(0,02

+

0,003

1,5

+ 0,05

) =170 C .

 

 

 

 

 

3

 

 

1

 

 

 

 

λ1

 

 

λ2

λі3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

 

 

 

 

 

 

0,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Звідси, втрата теплоти з поверхні ізольованого електрокотла становитиме:

 

 

 

 

Q2 = α × F ×(t1 - tп ) =15×20×(17 -15) = 615Вт , тобто, зменшиться в 41,32 рази.

 

 

 

Задача№5.2. Лід на річці, який має

товщину δ1 = 30см ,

 

покритий

шаром

ущільненого

 

 

снігу

 

товщиною

 

δ2

= 20см .

 

Температура

води

під

льодом

становить

t1 = 20 C , а температура повітря становить

 

t1 = -200 C .С.

Визначити

втрату теплоти з 1

м2

поверхні річки.

Як вона зміниться, якщо шар снігу

зменшити до δ2 = 10см , або збільшити до δ2

= 50см ?

Теплопровідність льоду і

ущільненого снігу відповідно становить λ1 = 2,22 та λ2

= 0,46 Вт (м × К ) .

 

 

Розв’язування: Витрата теплоти з 1 м2

 

поверхні може бути обрахована за формулою:

q =

 

t1 - t2

 

 

=

 

 

 

2 - (-20)

 

 

=

 

 

22

 

= 38,59 Вт

 

 

2 .

Якщо у

нас

зміниться висота

δ1

 

+ δ2

 

 

0,3

 

 

 

+

0,2

 

 

0,57

 

 

 

 

λ

λ

 

 

2,22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ2 =10см вона становитиме

снігового шару, то відповідно і зміниться витрата теплоти: для

q =

 

t1 - t2

 

 

=

 

 

 

2 - (-20)

 

=

 

 

22

 

= 62,5 Вт

 

2

,

тобто збільшиться в 1,62 рази, а

δ1 λ + δ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,10,46

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

0,3

2,22 +

 

 

0,352

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для δ2 = 50см

q =18 Вт м2

, тобто зменшиться в 3,47 рази.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача

5.3.

 

По

трубі

 

з

піноскла(d1 =100мм= 5мм,l = 40м )тече

молоко

із

швидкістю

 

ω =0,5

 

м\с. Температура

молока

на

вході

в

 

трубу

становить

tм' = 700 C .

Температура

приміщення, через

 

яке

проходить

 

труба,

становить

tпр = 250 C .

Коефіцієнт

тепловіддачі

від

молока

до

стінки

 

труби

становить

α1 = 4000 Вт (м2 × К ), а від поверхні труби до повітря α2

= 20 Вт

(м2 × К ). Знайдіть

39

температуру молока на виході з труби та витрату теплоти з усієї поверхні

труби, якщо

теплопровідність

піноскла

становить

λскл = 0,04Вт ( м × К ) ,

а

теплоємність

та

густина

молока

відповідно срмол = 3978 Дж (кг × К )

та

 

ρ = 1030 кг м3

постійні та не залежать від температури.

 

 

 

Розв’язування: Тепловий потік на одиницю довжини труби згідно (5.11) становить:

 

qL

=

 

 

 

(tг - tх )

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

1π d α

+ ( 12πλ) ×ln d2 d + 1π d α

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70 - 25

 

 

 

 

 

 

 

 

= 23,6 Вт ( мп ).

 

 

1

(3,14×0,1× 4000)

+ 1

(2

×3,14×0,04

ln110

100

+ 1

(3,14

×0,11×20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловий потік з усієї довжини труби Q = ql

×l = 23,6× 40 = 944Вт .

 

 

 

Витрата молока через трубу становить:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G = ρ ×υ ×(π d22 4) =1030×0,5×(3.14×0,01 4) = 4,043кг / с .

 

 

 

Температура

молока

на

 

 

 

 

виході

з

труби

становитиме

tм''

= tм' - Q

(G ×cpмол ) = 70 - 944,4 (4,043×3978) = 69,950 С .

 

 

 

Задача 5.4. Визначити густину теплового потоку та тепловий потік через огородження складського приміщення без вікон, стіни якого виконані з цегляної кладки (λц = 0,7 Вт(м × К )ц = 600мм ) і вкриті з зовнішньої поверхні

цементно-піщаною штукатуркою товщиною δшт = 10мм (λшт =1,2 Вт( м × К ) ), а з внутрішньої – обшиті гіпсокартоном товщиною δгп =10мм ( λгп = 0,43Вт(м × К ) ) .

Середні температури приміщення та навколишнього середовища відповідно t1 =180 C та t2 = -120 C , а середні коефіцієнти тепловіддачі від повітря в складді

до стінки та від стінки до навколишнього середовища відповідно становлять α1 = 5 Вт(м2 × К ) та α2 = 10 Вт(м2 × К ) . Який шар ізоляції λіз = 0,04 Вт(м2 × К ) необхідно покласти під гіпсокартон, щоб теплові втрати зменшилися в 4 рази?

Розв’язування:

З формули 5.2. знайдемо густину теплового потоку через стіни складу:

q =

 

 

t1 - t2

 

 

 

 

 

=

 

 

18

- (-12)

 

 

 

= 25,24 Вт м2 .

 

 

 

ö

 

 

 

1

 

0,01

 

0,6

 

0,01

 

1

 

1α

+ å

æ

δ

 

+

1α

 

 

+

+

+

+

 

 

ç

 

і λ

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 5

0,43

0,7

1,2

10

 

 

 

1

è

 

і ø

 

 

 

 

 

 

 

Із співвідношення

 

 

q

= 4

, де q

- густина теплового потоку стінки з теплоізоляцією (див.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

задачу 5.2), знайдемо:δіз = 0,143м .

Завдання для самостійної роботи:

Задача №5.5. Знайти товщину утеплювача, необхідного для зменшення тепловтрат через плоску стінку в 2 рази. Температури внутрішньої сторони стінки та наружної поверхні в

обох випадках однакова. Коефіцієнт теплопровідності ізоляції прийняти λ = 0,2 Вт(м × К ) . Товщина стінки становить 250 мм, а її теплопровідність λс = 1Вт(м × К )

Відповідь: δіз = 0,05м .

40

Задача №5.6. Для визначення коефіцієнта теплопровідності сиру методом пластини через шар продукту, який має форму диску діаметром 150 мм та товщиною 12 мм, «пропускають» тепловий потік Q = 17Вт. Температура на поверхні, яка нагрівається,

становить 400 С , а на поверхні, що охолоджується 60 С . Знайти коефіцієнт теплопровідності сиру.

Відповідь: λсир = 0,3396 Вт( м × К ) .

Задача №5.7. В сушильну камеру із стінками з цегли товщиною 250 мм кожну годину підводиться з гарячим повітрям 2090 МДж теплоти. При цьому, 95% теплоти використовується для процесів сушіння і відводиться з рециркуляційним повітрям, а решта

– 5 % втрачається через стінки камери, що мають поверхню 220 м2 . Температура на зовнішній поверхні камери становить 400 С . Знайти, температуру на внутрішній поверхні стінки, якщо теплопровідність цегли становить λ = 0,29 Вт( м × К ) .

Відповідь: 1540 С .

Задача №5.8. Теплопровідність вершкового масла в твердому стані визначають методом пластини. Діаметр диску масла 150 мм, товщина шару 13 мм. Темпераура поверхні диску,

що охолоджується становить 00 С . Точку плавлення масла приймаємо 270 С. Визначити, в яких межах сили току можна регулювати реостат, щоб плавлення масла не відбувалося. Напруга на клемах нагрівача становить 12 В. Теплопровідність масла прийняти λмасла = 0,197 Вт( м × К ) , можливими тепловтратами знехтувати.

Відповідь: Сила струму не повинна перевищувати 0,6 А.

Задача №5.9. Визначити теплові втрати через ізоляцію вакуум-апарату для згущення молока та частку, яку вони складають у порівнянні з втратами неізольованого апарату, якщо 12 мм стінку апарату із алюмінію ізолювати шаром азбестового волокна товщиною 60 мм, а потім ще «обшити» сосновими дошками товщиною 18,5 мм. Загальна площа апарату

становить 15м2. До ізоляції температура внутрішньої та зовнішньої поверхонь апарату становили відповідно 600 С та 59,90 С. Після монтажу ізоляції температури відповідно становлять: 60,50 С та 43,00 С. Коефіцієнт теплопровідності алюмінію - 202 Вт(м × К ); азбестового волокна - 0,11Вт(м × К ), а соснового дерева ( поперек волокон) - 0,107 Вт(м × К ) .

Відповідь: Q1 = 25,422кВт , Q2 = 0,366кВт . Тепловтрати зменшилися в 69,46 рази.

Задача №5.10. По скляному трубопроводу діаметром 56х3 мм тече пастеризоване молоко. Температура внутрішньої поверхні труби становить 74,50 С . Температура молока знижується в середньому на 10 С на 10 погонних метрів труби при швидкості руху молока

0,5 м с .

Теплопровідність скла

становить λскл

= 0,74 Вт ( м × К ), теплоємність молока

складає

смол = 3,93кДж (кг × К ) ,

а його густина

ρ = 1030 кг м3 . Визначити температуру

зовнішньої поверхні скляної туби.

 

 

Відповідь: Температура на наружній поверхні труби становитиме » 72,70 С.

Задача №5.11. Для ізоляції паропроводу діаметром 20 мм застосовують ізоляційний матеріал

з коефіцієнтом теплопровідності

λ =0,07 (Вт м × К ). Коефіцієнт тепловіддачі в

даному випадку становить α = 6

(Вт м2 × К )Чи вигідно застосовувати в даному випадку