Читальный зал -->  Изменение энтропии 

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 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ласно формулам (12.8) и (12.4)

= 86-2750 5,28-10 = 85,9 С;

=85,9-2750.,3,25-10- = 85,8 °С.

Уточненные значения температур поверхностей стенки трубы близки к предварительно принятым, поэтому повторный расчет с использованием этих уточненных температур дает то же самое значение теплового потока Q. Если бы результат повторного расчета отличался от предварительного более чем на 10 %, то следовало бы провести еще одно уточнение.

При расчете теплового потока Q по приближенной формуле (12.12), в которой стенка трубы считается плоской с толщиной 6 = 5 мм, получим

= *(ж1-<ж2) =

l/(X,+6/a-f l/aj

(86-20).3,14-0,1 10 1/6695 + 5-10~V51,5+1/13,3

= 2747,3 2750 Вт.

Расхождение результатов расчетов по точной и приближенной формулам в четвертой значащей цифре несущественно, тем более что погрешность формул для определения коэффициентов теплоотдачи около 10%. Обычно тепловые расчеты проводят с точностью до третьей значащей цифры. Следовательно, точная и приближенная формулы в данном примере дают совершенно одинаковый результат.

Термическое сопротивление Rk можно уменьшить различными способами, воздействуя на любую из составляющих Rai, Ru Ra2- Как отмечалось в §9.2, интенсифицировать конвективный теплообмен и уменьшить R можно путем увеличения скорости движения теплоносителя, турбулизации пограничного слоя и т. д. Термическое сопротивление теплопроводности R), зависит от материала и толщины стенки. Однако прежде чем выбирать методы воздействия на процесс теплопередачи, необходимо установить вклад отдельных составляющих Rai, Ri, и R2 в суммарную величину Rk. Естественно, что существенное влияние на Rk будет оказывать уменьшение наибольшего из слагаемых. В широко используемом в технике процессе передачи теплоты от капельной жидкости к газу через металлическую стенку наибольшее термическое сопротивление имеет место в процессе теплоотдачи от газа к стенке Rai, а остальные термические сопротивления и Ri, пренебрежимо малы по сравнению с ним (см. пример 122).

В таких случаях для интенсификации теплопередачи очень часто оребряют ту поверхность стенки (рис. 12.2), теплоотдача от которой менее интенсивна. За счет увеличения площади Fi оребренной поверхности стенки термическое сопротивление теплоотдачи с этой стороны стенки y?a2=l/aj£2 уменьшается и соответственно уменьшается значение Rt. Аналогичного результата можно было бы достигнуть, увеличив аг, но для этого обычно требуются дополнительные

12.3. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Для интенсификации переноса теплоты через стенку согласно формуле (12.7) нужно либо увеличить перепад температур между теплоносителями /ж1 -<ж2, либо уменьшить термическое сопротивление теплопередачи R. Температуры теплоносителей обусловлены требованиями технологического процесса, поэтому изменить их обычно не удается.

Рис. 12.2. К расчету теплопередачи через сребренную поверхность

затраты мощности на увеличение скорости течения теплоносителя.

Ребра, имеющие форму пластин, стержней или любую другую, одним концом плотно прикрепляют к теплоотдающей поверхности с помощью сварки, пайки или изготовляют как целое со стенкой. Ребристыми выполняют радиаторы отопления, корпуса двигателей и редукторов, радиаторы для охлаждения воды в двигателях внутреннего сгорания и т. д.

Термическое сопротивление теплоотдачи /? 2 за счет оребрения поверхности уменьшается пропорционально коэффициенту оребрения (отношению площади оребренной поверхности к площади гладкой поверхности до ее оребрения), т.е. Kop = Fop/Fr , и рассчитывается по обычному соотношению ;?ор= l/(a2f ор), но только в том случае, когда термическое сопротивление теплопроводности самих ребер значительно меньше термического сопротивления теплоотдачи от них:

86-20

>.р-

(12.13)

2 р

где 1р - длина ребра; Sp - площадь поперечного сечения ребра; fp - площадь поверхности ребра.

При большом термическом сопротивлении теплопроводности ребер температура по мере удаления от основания ребра приближается к температуре теплоносителя и концы ребер работают неэффективно.

Пример 12.3. Рассчитать, во сколько раз увеличится тепловой поток от трубы (условия примера 12.2), если ее наружную поверхность увеличить в 10 раз путем оребрения. Термическим сопротивлением ребер пренебречь. Коэффициенты теплоотдачи считать такими же, как в примере 12.2.

Величина R! для оребренной поверхности будет в /Сор= 10 раз меныпе, чем для гладкой. Остальные термические сопротивления (Rai и Rj) останутся неизменными, следовательно.

5,28- 10-V3,25-10- + 2,39-10 = 26 660 Вт.

Таким образом, в данном случае уменьшение Ro,2 в 10 раз приводит к увеличению теплового потока в процессе теплопередачи в Q p/Q = 26 660/2750 = 9,68 раза, поскольку влияние двух меньших термических сопротивлений пренебрежимо мало.

Как правило, установка ребер приводит к некоторому снижению коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением, поэтому реально эффект будет несколько ниже. Более точные расчеты следует выполнять по формулам, рекомендованным в справочниках для конкретного вида оребрения.

12.4. ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения, агрегаты, коммуникации приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью [Х< <0,2 Вт/(м-К). Такие материалы называются теплоизоляторами.

Большинство теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой или пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизоля-тора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением. Сама основа в плотном состоянии обычно обладает достаточно высокой теплопроводностью 1Вт/(м-К)1, поэтому с увеличением плотности набивки минеральной ваты, асбеста или другого теплоизолятора их теплопроводность возрастает. С увеличением температуры коэффициент теплопроводности теплоизоляции также растет из-за увеличения теплопроводности воздуха и усиления теплопереноса излучением.

Очень сильно растет теплопроводность при увлажнении пористых теплоизоляторов. Поры заполняются водой, теплопроводность которой на порядок выше, чем воздуха, и, кроме того, за счет капиллярных явлений вода может пере-

мещаться внутри пор, усиливая таким образом перенос теплоты. Вероятно, каждый на собственном опыте убеждается, насколько хуже влажная одежда защищает человека от холода.

Добавляя связующие вещества, из волокнистых и порошковых материалов получают теплоизоляционные плиты, блоки, кирпичи. В последнее время широкое распространение получили искусственно вспученные материалы из застывшей пены (пенопласты, вермикулит, пенобетоны и т.д.), обладающие хорошими теплоизоляционными свойствами из-за их большой пористости.

Еще лучшими свойствами обладают вакуумно-многослойные и вакуумно-по-рошковые теплоизоляционные материалы. Перенос теплоты теплопроводностью через поры в таких теплоизоляторах уменьшается путем создания глубокого вакуума, а для уменьшения переноса теплоты излучением служит либо порошок, либо ряд слоев фольги с малой степенью черноты, выполняющих роль экранов. Вакуумно-многослойная теплоизоляция сосудов для хранения сжиженных газов имеет эффективный коэффициент теплопроводности Хэф 10- Вт/(м-К).

Расчет теплоизоляции проводят по формуле теплопередачи (12.7), причем допустимые теплопотери обычно известны, а в результате расчета находят толщину слоя теплоизоляции 6, которая входит в выражение Ri.. Иногда в условии задается температура наружной стенки tci, например, в зоне работы обслуживающего персонала она не должна превышать 50 С. В этом случае допустимые теплопотери с 1 м поверхности теплоизолируемого объекта определяют по формуле (9.1): q = OL2{tc2-tm2), где /ж2 -

температура воздуха в помещении.

Вид теплоизолятора выбирают по температуре и физико-химическим свойствам теплоносителей. Каждый теплои-золятор имеет вполне определенную предельную температуру / р, при которой он еще сохраняет свои свойства.

Высокотемпературную теплоизоляцию различных печей делают многослойной, поскольку теплоизоляторы с высокой предельной температурой обычно до-

роги и имеют большую теплопроводность. Толщина внутреннего слоя тепло-изолятора делается такой, чтобы температура на его наружной поверхности не превышала предельную температуру следующего более дешевого и менее теплопроводного материала. Затем считают толщину следующего слоя, т. е. расчет проводят последовательно, начиная от внутреннего, самого жаростойкого теплоизолятора.

Теплофизические свойства теплоносителей и теплоизоляторов зависят от температур, большинство из которых в начале расчета неизвестны, поэтому ими приходится задаваться и расчет проводить методом последовательных приближений.

Выбор теплоизолятора для трубопроводов. Увеличение толщины слоя изоляции на плоской стенке увеличивает ее термическое сопротивление Ri., в результате чего увеличивается и суммарное термическое сопротивление теплопередачи Rk. Значения Rat и /?<.2 при этом не меняются.

Наложение теплоизоляции на поверхность цилиндра также увеличивает R)., но одновременно уменьшает Ra2= I/0.22 из-за увеличения наружной поверхности р2 = кй21. При некоторых условиях может получиться на первый взгляд парадоксальный результат - утолщение теплоизоляции приводит к уменьшению суммарного термического сопротивления теплопередачи Rk (рис. 12.3) и соответственно к увеличению теплопотерь. Оказывается, теплоизоляция на трубе эффективно работает только в том случае.

Рис. 12.3. Зависимость термических сопротивлений от наружного радиуса теплоизоляции на трубе

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 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.