МельникБуляндра.Теплотехніка_ДРУК
.pdf31
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 α1,α2 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 |
2λ |
)×d ×ln d2 |
d1 |
(1 |
2λ |
)×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 = |
|
2π ×(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 - |
2π |
( |
λ |
ln |
d |
+ |
λ |
ln |
d |
2 |
); tn+1 = t1 - |
2π |
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 + (12π Lλ)×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,δ = 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 ),δц = 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 |