АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Передача теплоти теплопровідністю

Читайте также:
  1. Безвозмездная передача. Основные средства, полученные в дар
  2. Визначення питомої об'ємної теплоти згорання (теплотворної здатності) природного газу.
  3. Глава 41.Передача эстафеты
  4. Глава 7. Передача винт — гайка
  5. Карданная передача ВАЗ 2103/ВАЗ 2106
  6. Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
  7. Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
  8. Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
  9. Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
  10. Карданная передача.
  11. Которую может передать передача.
  12. Моделируемые процессы и передача ответной информации

 

Теплопровідність має велике значення при прогріванні матеріалу, а особливо при розрахунках втрат теплоти крізь футерівку теплових агрегатів. Для зменшення втрат теплоти футерівку виконують багатошаровою (наприклад, внутрішній робочий шар – із вогнестійкого матеріалу, проміжний теплоізоляційний – із легковагового, зовнішній захисний – із керамічної цегли). Бажано, щоб матеріали, які застосовуються для футерування, поєднували в собі властивості вогнетривкості, теплоізоляційності та витримували механічні навантаження. В цьому випадку можна зменшити товщину стін та витрати на будівельно – монтажні і ремонтні роботи.

Кількість теплоти, що проходить крізь багатошарову стінку від внутрішньої до зовнішньої поверхні розраховують за формулою:

Q= = , Вт/м2 (4.25)

де (tвн – tзовн) – різниця температур між внутрішньою та зовнішньою поверхнями стіни, оС;

S – товщина окремого шару футерівки, м;

λ – коефіцієнт теплопровідності – кількість теплоти, що проходить за одиницю часу крізь одиницю поверхні стіни товщиною 1 м при різниці температур поверхонь в 1 градус, Вт/м·град.

Коефіцієнт теплопровідності залежить від ряду факторів: природи тіла (метали за рахунок наявності в них великої кількості вільних електронів дуже добре проводять тепло, значно меншу теплопровідність мають аморфні тіла і найменшу – кристалічні з добре впорядкованою міцною структурою та великою силою зв’язків структурних елементів, яку дуже важко розколивати), пористості (чим більш велика пористість матеріалу, тим менша його теплопровідність тому, що повітря – поганий провідник теплоти), вологості (чим більша вологість, тим краще проходить тепло) та температури.

Найбільш важливою та складною є залежність коефіцієнта теплопровідності від температури:

λt0±b·tсер, Вт/м ·град (4.26)

де λ0 – коефіцієнт теплопровідності при нормальних умовах;

b – коефіцієнт залежності від температури;

tсер – середня температура шару матеріалу, 0С

Значення λt різних матеріалів наведені в додатку Ж.

Розрахунки втрат теплоти крізь багатошарову футерівку теплопровідністю ускладнюються тим, що λ залежить від температури і треба знати середню температуру кожного шару, для чого спочатку необхідно визначити температуру на межі шарів різних матеріалів.

Ці температури для стаціонарного теплового потоку визначають аналітичним та графічним методами.

Аналітичний метод. В разі застосування аналітичного метода спочатку, знаючи tвн і tзовн, знаходять питомий тепловий потік за нормальних умов (не враховують вплив температури):

q0= , Вт/м2

Тепер, виходячи із закону збереження енергії, знаходять приблизні температури (оС) на межі шарів (на прикладі трьохшарової футерівки):

t1 =tвн- q0· ; t2 = tвн- q0·( + )

Знаючи приблизні температури на межах шарів і, відповідно, приблизні середні температури кожного шару, знаходять коефіцієнти теплопровідності цих шарів

λ1= λ01±b· ; λ2= λ02 ±b· ; λ3= λ03 ±b·

Уточнюють тепловий потік при знайдених коефіцієнтах теплопровідності, температури на межі шарів та середні температури і знаходять уточнені коефіцієнти теплопровідності:

q = , Вт/м2

t’1 = tвн- q0· ; t’2 = tвн- q0·( + )

λ’1= λ1 ±b· ; λ’2 = λ2 ±b· ; λ’3 = λ03 ±b·

Після цього остаточно розраховуємо втрати теплоти крізь футерівку:

Q = ·F, Вт

Графічний метод. Згідно з цим методом будують графік залежності температури від теплового опору (рис. 4.5). Спершу на вісі ординат відкладають у

 

Теплові опори, м2· град/Вт

 

1 – лінія розподілу температури по товщині футерівки при λ0;

2 – лінія розподілу температури по товщині футерівки при λ.

Рисунок 4.5. – Графік розподілення температури по товщині футерівки

 

вибраному масштабі температуру внутрішньої поверхні футерівки (tвн), потім по горизонталі послідовно – перший, другий та інші теплові опори за нормальних умов (S101; S202; S3 03). У кінці суми теплових опорів відкладають температуру зовнішньої поверхні футерівки (tзовн). З’єднавши точки tвн та tзовн отримують лінію розподілу температури по товщині футерівки в залежності від теплового опору. Тепер з кінця кожного теплового опору проводять вертикаль до перетину з лінією розподілу температури. Точка пересікання дає приблизну температуру на межі шарів (t1, t2 і т.п.). Після цього знаходять середні температури кожного шару, коефіцієнти теплопровідності при цих температурах (λ1, λ 2, λ 3) та теплові опори (S1 1; S2 2; S33). Знову відкладають отримані теплові опори і будують нову (уточнену) лінію розподілу температури в залежності від уточнених теплових опорів, знову проводять вертикалі з кінців теплових опорів до перетину з уточненою лінією розподілу температури по товщині футерівки і визначають уточнені: температури на межі шарів ((t1’, t2’ і т.д.), середні температури кожного шару, коефіцієнти теплопровідності при цих температурах (λ’1, λ’2, λ’3) та тепловий потік крізь футерівку.

У випадку складного теплообміну: від внутрішньої поверхні футерівки у навколишній простір і коли температура зовнішньої поверхні невідома, то:

- приймають температуру зовнішньої поверхні (tзовн не повинна перевищувати 80-1000С);

- розраховують λ та λ (аналітичним або графічним методами);

- знаходять

α2конввипр=А· + ·[( )4 – ( )4], Вт/м2·град;

- розраховують коефіцієнт теплопередачі: К= , Вт/м2·град;

- перевіряють температуру зовнішньої поверхні (знаходять tзовнрозр):

tзовнрозр = tнавк+ ·( tвн – tнавк) (4.27)

Якщо різниця зовнішніх температур: прийнятої та розрахункової перевищує ± 50С, то приймають нову зовнішню температуру та розрахунки повторюють до виконання потрібної умови.

Після цього розраховують втрати теплоти крізь футерівку:

Q = , Вт або

Q = , Вт

Ці розрахунки проводять для окремих дільниць печей, які мають однакову футеровку при їх середній температурі внутрішньої поверхні, окремо для склепіння, стіни та поду. Вони потребують багато часу та зусиль, тому для цих розрахунків розроблена програма “МОNО”, яка дозволяє проводити розрахунки за допомогою ЕОМ.

Додаткові відомості з питань теплопередачі викладені у [3-6, 8, 10-13].

У випадку передачі теплоти від газів крізь футерівку у навколишній простір розрахунок проводимо за формулою:

Q = , (4.28)

де α1конввипр – коефіцієнт передачі теплоти від газів до внутрішньої поверхні футеровки;

α2конввипр – коефіцієнт передачі теплоти від зовнішньої поверхні футерівки у навколишнє середовище.

Коефіцієнти αконв і αвипр розраховують за формулами конвективного теплообміну і теплообміну випромінюванням

4.5. Контрольні питання та задачі до розділу “Теплообмін у печах та сушарках”

 

1. Дайте визначення, що таке теплопровідність, випромінювання, конвекція.

2. Сформулюйте основне рівняння теплопередачі, поясніть у яких випадках його застосують, що показує коефіцієнт теплопередачі?

3. Наведіть основні поняття про теоретичні, сірі тіла.

4. Як розрахувати втрати теплоти випромінюванням крізь отвір.

5. Як розрахувати теплообмін випромінюванням двох тіл, особливості в залежності від їхньої форми та розташування.

6. Покажіть відмінності в передачі теплоти випромінюванням газів та як знаходять ступінь чорноти газів.

7. Від яких чинників залежить і як розраховується α конв теоретично та на практиці ?

8. Від яких чинників залежить і як розраховується кількість теплоти, що передається теплопровідністю?

9. Як розрахувати передачу теплоти від внутрішньої поверхні футерівки у навколишнє середовище аналітичним і графічним методом?

10. Як розрахувати передачу теплоти від газів крізь футерівку в навколишнє середовище аналітичним і графічним методом?

 

ЗАДАЧІ

 

1. Визначте тепловий потік, що випромінюється поверхнею печі діаметром 7 м і довжиною 230 м у навколишній простір, якщо питомий тепловий потік дорівнює 0,3 кВт/м2.

2. Визначте кількість теплоти, що випромінюється в навколишній простір 1 м2 кладки при температурі її зовнішньої поверхні 400°С (εкл=0,9, tнавк=20°С).

3. Визначте кількість теплоти, що випромінюється крізь отвір діаметром 0,5м. Товщина футеровки 0,3м, температура в печі дорівнює 1350°С, навколишнього простору 20°С. Отвір відкрито 1 годину протягом зміни (8 годин).

4. Визначте кількість теплоти, яка отримується матеріалом із поверхнею 0,6 м2, якщо поверхня внутрішньої частини футерівки печі дорівнює 3 м2, температура футерівки 1300°С, матеріалу 1200°С, ε м= 0,8, ε ф=0,6.

5. Визначте коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від газів до
стінки, якщо tг=900°С, tст=700°С, εг=0,5; εст=0,7.

6. Визначте кількість теплоти, яка передається від газів до матеріалу з поверхнею 0,5 м2. Розмір робочого простору печі 5x4x3 м, температура газів 1000°С, матеріалу 900°С, ε м=0,8. Склад газу, % об.: СО2 – 40, N2 – 50, H2O – 10. Тиск у печі 101,3 кН/м2.

7. Визначте кількість теплоти, що втрачається конвекцією в навколишній простір з температурою 200С від 1м2 зовнішньої поверхні стіни з температурою 4000С.

8. За п. 7 визначте втрати теплоти конвекцією та випромінюванням, якщо εст=0,9.

9. Визначте тепловий потік у навколишнє середовище крізь склепіння поверхнею 10 м2, якщо tвн=400°С, S=0,3 м, λ=0,6+0,0007·tсер Вт/м2·град, ε кл=0,9; tнавк=20°С.

10. Температура газів у печі з двошаровою футеровкою дорівнює 1300°С. S1=0,25м; λ1=1,2+0,0002·tсер Вт/м·град, S2=0,1 м; λ2=0,5+0,0001·tсер Вт/м·град, температура навколишнього середовища 20°С, α1=50 Вт/м·град, α2=10 Вт/м2·град. Визначте тепловий потік, переданий від газів у навколишній простір.

11. Розрахуйте кількість теплоти, що втрачається у навколишній простір стіною печі з двошаровою футерівкою: внутрішня - шамот ШБ із щільністю 1,9 т/м3 товщиною 0,5 м, зовнішня – керамічна цегла товщиною 0,375 м. Температура навколишнього середовища дорівнює 20°С, а внутрішньої поверхні футерівки – 1300°С. Розрахунок провести аналітичним, графічним методами і за допомогою програми ''МОNО''.

12. За п.11 запропонуйте інші, більш ефективні варіанти футерівки, покажіть їхні переваги.

 

При вивченні цього розділу необхідно запам’ятати визначення способів теплообміну, основного рівняння теплопередачі та умов його рішення. З’ясуйте, що таке коефіцієнт теплопередачі, теплові опори, тепловий потік, щільність теплового потоку.

Згадайте, що таке променевий теплообмін, основні закони теплового випромінювання (Планка, Ламберта, Кірхгофа, Стефана-Больцмана), засвойте поняття приведеного коефіцієнту випромінювання в залежності від форми та розташування тіл, що обмінюються теплотою. Необхідно знати різницю між передаванням тепла випромінюванням твердих тіл та газів, вміти знаходити ступінь чорноти ґазів, коефіцієнт випромінювання – αвипр.

Запам’ятайте, що конвекційний теплообмін грає важливу роль у процесі теплопередачі між теплоносієм, який рухається, та матеріалом, який обробляється, особливо при низьких температурах. Уясніть, що теоретично розрахунок коефіцієнта тепловіддачі конвекцією базується на використанні критеріїв теплової і гідромеханічної подоби, а на практиці визначається за допомогою спрощених формул.

Усвідомте, які фактори впливають на передачу теплоти теплопровідністю, як проводиться розрахунок втрат теплоти теплопровідністю крізь багатошарову футерівку (метод кінцевих різниць температури) аналітичним та графічним способами.

Використовуючи основне рівняння теплопередачі та знання передачі теплоти різними способами навчіться робити розрахунки втрат теплоти крізь одно – та багатошарову футерівку від газового середовища всередині печі у навколишнє середовище. Усвідомте важливість теплової ізоляції футерівки у зменшенні втрат теплоти, опануйте основи підбору теплоізоляційних матеріалів.

Пам’ятайте, що для вирішення складних завдань необхідно добре засвоїти основні поняття з розділу та навчитись вирішувати прості задачі.

Приклад розрахунку. Визначте втрати теплоти від димових газів в навколишнє середовище стінами печі за умов: температура газів tг=10000С, температура внутрішньої поверхні футерівки печі tвн=9000С, εф=0,9. Розміри робочого простору печі (LхВхН, м): 5х3х4. Склад газів (%): СО2 – 40, N2 – 50, Н2О – 10. Тиск у печі 101,3 кН/м2. Футерівка стін виконана із цегли керамічної товщиною S=375 мм, ступінь чорноти зовнішньої поверхні εзовн=0,8. Швидкість руху газів по печі w0=1,5 м/с. Температура навколишнього середовища 200С.

Рішення.Кількість теплоти, що передається від газів у навколишній простір визначаємо з основного рівняння теплопередачі за формулою:

·F, Вт/м2

Для вирішення задачі необхідно знайти коефіцієнт тепловіддачі (α1) від димових газів до внутрішньої поверхні футерівки, коефіцієнт передачі теплоти теплопровідністю (λ) при середній температурі шару по товщі футерівки стіни, а також коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні футерівки стіни в навколишнє середовище (α2). Згадаємо, що для знаходження α1 ми повинні знайти коефіцієнти віддачі теплоти конвекцією та випромінюванням від газів до внутрішньої поверхні футеровки: α1конв + αвипр.

αконв=10·w0=10·1,5=15 вт/м2·град

αвипр= , Вт/м2·град

В той же час Qвипр= ·[ ], Вт/м2.

Всі дані, окрім εг, нам відомі. Згадаймо, що εг= f (tг, РСО2, РН2О, Sеф); εгСО2Н2О·b, де b – коефіцієнт, який враховує більш сильний вплив РН2О у зрівнянні з Sеф на ступінь чорноти водяного пару. Всі ці складові визначаємо із графіків залежності ступеня чорноти цих газів від температури при відповідних значеннях Р·Sеф.

Ефективна товща газового шару: Sеф=η·( )=0,9· = 2,3 м

Парціальний тиск газів: РН2О=101,3 ·0,1=10,13 кН/м2; РСО2=101,3·0,4=40,52 кН/м2; Sеф·РН2О=2,3·10,13=23,28 кН/м; Sеф·РСО2=2,3·40,52=93,11 кН/м

Із графіків знаходимо значення εСО2, εН2О та b, потім εг.

εг=0,17+0,1·1,03=0,273

Qвипр = ·[ ] = 11011,15 Вт/м2.

αвипр= = 110,11 Вт/м2·град

Тепер α1=15+110,11=125,11 Вт/м2·град

Щоб знайти λ та α22випр+ αконв) необхідно знати температуру зовнішньої поверхні футеровки. Приймаємо цю температуру, а потім уточнюємо за формулою tзоврозр = tнавк + ·( tвн– tнавк), 0С.

В нашому випадку приймаємо tзов= 1150С. Середня температура шару футеровки складе tсер= =507,5 0С.

Коефіцієнт теплопровідності для керамічної (глиняної) цегли λt=0,47+0,00051·507,5=0,729 Вт/м·град

α2= 2,6· + ·[ ( )4 – ( )4 ]=16,1 Вт/м2·град

Знаходимо коефіцієнт теплопередачі: = = 1,735 Вт/м2·град

Тепер знаходимо tзоврозр =20 + ·( 900–20)=114,8 0С. Різниця між прийнятою та розрахунковою температурами менша ніж ±50С, тому вважаємо, що температура вибрана правильно.

Знаходимо кількість теплоти, яка втрачається в навколишній простір:

·(2·5·4+2·3·4)=1673,5·64=107104,38 Вт=107,1 кВт.

...

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.016 сек.)