Вариант 6 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Курсовая / Лаба 1 / Лабораторная работа №1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

(РУТ (МИИТ))

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»

Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»

Лабораторная работа

Исследование теплопроводности и теплопередачи в многослойных стенках

Выполнил:

Крюков Н.С.

Проверил:

Тимошенкова Е.В.

МОСКВА-2017

Лабораторная работа №1 Исследование теплопроводности и теплопередачи в многослойных стенках

Задача №1 Исследование теплопроводности в плоских стенках, выполненных из разных материалов

Плоская стенка выполнена из материала … толщиной δ, мм. Температура ее поверхности t₁ и t₂ ,^оС. Коэффициент теплопроводности материала является функцией от температуры λ=f(t) Вт/(м·К). При некоторых инженерных расчетах пользуются средним коэффициентом теплопроводности λ_ср.

Определить значения температур в толщине слоя стенки и построить график распределения температур в стенке при условии 1) λ_ср=const 2) λ=f(t)

Оценить влияние материала стенки на интенсивность процесса теплопроводности.

Исходные данные:

Материал	Коэффициент теплопроводности λ	Температура поверхности стенки		Толщина стенки, мм
		t1, оС	t2, оС
Совелит	λ =0,09(1+0,000971t)	1350	50	250
Шамотный кирпич	λ =0,838(1+0,0007t)	600	15	280
Новоасбозурит	λ =0,144(1+0,00097t)	1000	30	230

Решение:

В случае использования λ_ср получается линейная зависимость коэффициента теплопроводности материала от его температуры:

Средний коэффициент теплопроводности определяется по формуле:

Где tср – средняя температура стены, оС

λ₀ – коэффициент теплопроводности материала при 0 ^оС

- постоянная, зависящая от природы материала и определяемая опытным путем, к^-1

Плотность теплового потока через стенку, Вт/м², определяется по формуле:

Температурное поле в стенке. Распределение температур в стенке.

1) при условии λ_ср=const

Температура на любом расстоянии x, м, от поверхности стенки (решение диффер. уравнения теплопроводности) определяется по формуле:

Результаты расчетов заносятся в таблицу 1

Таблица 1- Изменение температуры в стенке при условии λ=const

x, мм	0	50	100	150	200	250
tx, оС	1350	1090	830	570	310	50

x, мм	0	40	80	120	160	200	240	280
tx, оС	600	516,4286	432,8571	349,2857	265,7143	182,1429	98,57143	15

x, мм	0	40	80	120	160	200	230
tx, оС	1000	831,3043	662,6087	493,913	325,2174	156,5217	30

2) при условии λ=f(t)

Температура на любом расстоянии x, м, от поверхности стенки определяется по формуле:

Таблица 2- Изменение температуры в стенке при условии λ=f(t)

x, мм	0	50	100	150	200	250
tx, оС	1350	1152,846	936,0184	692,1012	407,3678	50

x, мм	0	40	80	120	160	200	240	280
tx, оС	600	527,1414	451,5238	372,7021	290,2695	203,6793	112,2304	15

x, мм	0	40	80	120	160	200	230
tx, оС	1000	867,2516	724,4931	569,0472	396,7757	200,6382	30

График распределения температур в стенке:

График №1

График №2

График №3

Вывод: чем ниже коэффициент теплопроводности, тем менее интенсивнее происходит теплообмен. Самый низкий коэффициент теплопроводности у Совелита. Как видно из графика №1 у этого материла самая низкая интенсивность. У шамотного кирпича самый высокий коэффициент теплопроводности, как видно из графика №2 у него самая высокая интенсивность.

Задача №2

Исследование теплопередачи в многослойных стенках

В нагревательной печи, где температура газов t_ж1, ^оС, стенка сделана из 3-х слоев: динасового кирпича толщиной 60 мм, красного кирпича толщиной 250 мм и снаружи слоя изоляции толщиной δ_из, мм. Воздух в цехе имеет температуру t_ж2, ^оС. Коэффициент теплоотдачи в печи от газов к стенке α₁ Вт/м²К, снаружи от изоляции к воздуху α₂ Вт/м²К. Найти коэффициент теплопередачи от газов к воздуху, удельные потери теплоты через стенку, температуры на поверхностях всех слоев.

Построить график распределения температур в стенке. Оценить влияние изоляции на интенсивность процесса передачи тепла. Дать рекомендации по выбору наиболее целесообразной изоляции.

Исходные данные:

Материал изоляции	Толщина изоляции, мм	tж2, оС	α2, Вт/(м2 оС)	tж1, оС	α1, Вт/(м2 оС)
Ньювель	50	25	45	1000	170
Стекловата	40	20	50	1000	170
Бетон	110	17	42	1000	170
Новоасбозурит	80	15	37	1000	170

Решение:

схема

Уравнения, определяющие процесс теплопередачи:

I

II

III

Плотность теплового потока через стенку Вт/м², определяется по формуле:

Коэффициент теплопередачи Вт/м^{2 0}С:

График распределения температур в многослойной стенке

Вывод: наиболее лучшая изоляция – Стекловата. Как мы видим из графика, у стекловаты наиболее лучшее распределение температур в стенке. Самая худшая изоляция – бетон.