Контрольні запитання:

1. Що називається теплопровідністю?

2. Що означає стаціонарний тепловий стан?

3. Що представляють собою повний та питомий тепловий потоки?

4. Пояснити передачу тепла теплопровідністю крізь плоску та циліндричну стінки.

Приклад:

Вихідні дані для розрахунку кількості тепла, що передається через тришарову стінку, приведені в таблиці 6.

Таблиця 6 – Вихідні дані для розрахунку втрат тепла крізь багатошарову стінку.

№	Внутрішня температура поверхні кладки	Температура навколишнього середовища	Товщина шамотної кладки	Товщина кладки діатоміту	Товщина ізоляції з вермикулітових плит
31	1260	5	0,36	0,109	0,06

Вважаючи температуру на зовнішній поверхні кладки рівною і приймаючи в першому наближенні розподіл температури за товщиною кладки лінійним, знайти температури на границі розподілу шарів:

При середній температурі шару шамоту

Коефіцієнт теплопровідності шамоту відповідно до додатка XI |1| дорівнює:

При середній температурі шару діатоміту

,

коефіцієнт теплопровідності діатоміту відповідно до додатка XI [1] дорівнює:

Вт/мК

При середній температурі шару вермикуліту

⁰С

Коефіцієнт теплопровідності вермикуліту відповідно до додатка XI |1| дорівнює:

Вт/мК

Щільність теплового потоку крізь плоску тришарову стінку дорівнює:

,

де - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від зовнішньої поверхні футерування в навколишнє середовище

Вт/м²К

Вт/м²

Знайти уточнені значення температур на границях розділу шарів футерування:

⁰С

⁰С

⁰С

Визначити уточнені значення середніх температур шарів і коефіцієнтів теплопровідності:

⁰С

Вт/мК

при

⁰С

Вт/мК

при

⁰С

Вт/мК

Вт/м²К

Уточнене значення щільності потоку тепла крізь стінку:

Вт/м²

Так як розбіжності між двома значеннями щільності теплового потоку крізь стінку більше 5%, знайти уточнені значення температур на границях розподілу шарів, середні температури шарів і коефіцієнти теплопровідності:

⁰С

⁰С

⁰С

при

⁰С

Вт/мК

при

⁰С

Вт/мК

при

⁰С

Вт/мК

Вт/м²К

Тоді

.

Вт/м²

Знайти розбіжність між двома останніми значеннями щільності теплового потоку крізь стінку:

Якщо розходження менше 5%, останнє значення вважається кінцевим.

Після проведення розрахунків зробити висновок.

Практична робота №6

Тема: Визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією, випромінюванням і сумарного коефіцієнта тепловіддачі

Мета: Навчитися розраховувати сумарний коефіцієнт тепловіддачі Теоретична частина

Конвективним теплообміном називається одночасне перенесення теплоти конвекцією і теплопровідністю.

Конвективний теплообмін – процес, при якому рухома рідина або газ переносить тепло з більш нагрітих областей в менш нагріті. У техніці найчастіше розглядають конвективний теплообмін рідини або газу з поверхнею твердих тіл, при якому тепло транспортується до поверхні (або від неї) рухомими об'ємами рідини або газу.

Випромінювання - перенесення теплової енергії електромагнітними хвилями певної довжини. Теплове випромінювання можливо навіть у вакуумі, оскільки воно не залежить від температури навколишнього середовища.

У інженерних розрахунках часто визначають конвективний теплообмін між потоками рідини або газу і поверхнею твердого тіла. Цей процес конвективного теплообміну називають конвективною теплвіддачею або просто тепловіддачею.

Основними чинниками, що впливають на процес тепловіддачі, є наступні:

1). Природа виникнення руху рідини уздовж поверхні стінки.

Мимовільний рух рідини (газу), обумовлений різницею щільності її гарячих і холодних шарів, називають вільним рухом (природна конвекція). Рух, що створюється унаслідок різниці тиску, який створюється насосом, вентилятором і іншими пристроями, називається вимушеним (вимушена конвекція).

2). Режим руху рідини.

Впорядковане, шарувате, спокійне, без пульсацій рух називається ламінарним. Безладний, хаотичний, вихровий рух називається турбулентним.

3). Фізичні властивості рідин і газів.

Великий вплив на конвективний теплообмін чинять наступні фізичні параметри: коефіцієнт теплопровідності, питома теплоємність, щільність, коефіцієнт температуропровідності, коефіцієнт динамічної в'язкості або кінематичної в'язкості, температурний коефіцієнт об'ємного розширення.

4). Форма (плоска, циліндрова), розміри і положення поверхні (горизонтальна, вертикальна).

Процес теплообміну між поверхнею тіла і середовищем описується законом Ньютона-Ріхмана, який свідчить, що кількість теплоти, що передається конвективним теплообміном прямо пропорційна різниці температур між поверхнею тіла (t_ст) і навколишнього середовища (t_окр):

Q = α · (t_ст - t_окр)·F ,

Кожне тіло здатне не тільки випромінювати, але і відображати, поглинати і пропускати через себе падаючі промені від іншого тіла. Якщо позначити загальну кількість променистої енергії, падаючої на тіло, через Q, то частина енергії, рівна А, поглинеться тілом, частина, рівна R, відобразиться, а частина, рівна D, пройде крізь тіло. Звідси

Q = QA + QR + QD

або

A + R + D = 1.

Величину А називають коефіцієнтом поглинання. Він є відношенням променистої енергії, що поглинута, до всієї променистої енергії, падаючої на тіло. Величину R називають коефіцієнтом віддзеркалення. R є відношення відбитої променистої енергії до всієї падаючої. Величину D називають коефіцієнтом пропускання. D - відношення променистої енергії, що пройшла крізь тіло до всієї променистої енергії, падаючої на тіло. Для більшості твердих тіл, практично не проникних крізь себе променисту енергію, А + R = 1. Якщо поверхня поглинає всі падаючі на неї промені, тобто А = 1, R = 0 і D = 0, то таку поверхню називають абсолютно чорною. Якщо поверхня відображає повністю всі падаючі на неї промені, то таку поверхню називають абсолютно білою. При цьому R = 1, А = О, D = 0. Якщо тіло абсолютно пропускне для теплових променів, то D = 1, R = 0 і A = 0. У природі абсолютно чорних, білих і прозорих тіл не існує, проте поняття про них є дуже важливим для порівняння з реальними поверхнями.

Всі реальні тіла, що використовуються в техніці, не є абсолютно чорними і при одній і тій же температурі випромінюють менше енергії, ніж абсолютно чорне тіло. Випромінювання реальних тіл також залежить від температури і довжини хвилі. Щоб закони випромінювання чорного тіла можна було застосувати для реальних тіл, вводиться поняття про сіре тіло і сіре випромінювання. Під сірим випромінюванням розуміють таке, яке аналогічно випромінюванню чорного тіла має суцільний спектр, але інтенсивність променів для кожної довжини хвилі I_ при будь-якій температурі складає незмінну частку від інтенсивності випромінювання чорного тіла I_s, тобто існує відношення:

I_ / I_s =  = const.

Величину e називають ступенем чорноти. Вона залежить від фізичних властивостей тіла. Ступінь чорноти сірих тіл завжди менше одиниці. Більшість реальних твердих тіл з певним ступенем точності можна вважати сірими тілами, а їх випромінювання - сірим випромінюванням. Енергія інтегрального випромінювання сірого тіла рівна:

Е = e*Es = С* (Т/100)⁴

Випромінююча здатність сірого тіла складає частку, рівну е від випромінювальної здатності чорного тіла. Величину Е = e*Es називають коефіцієнтом випромінювання сірого тіла. Величина Е реальних тіл в загальному випадку залежить не тільки від фізичних властивостей тіла, але і від стану поверхні або від її шорсткості, а також від температури і довжини хвилі.