Методика расчета

Содержание расчетно-графической работы

Стенки

Расчетно-графическая работа. Теплопередача через цилиндрические

Ср

(3.31)

Поверхность теплопередачи Р, м², данного теплообменника равна

Р = тс<Я,

(3.32)

где й = 0,02 м - наружный диаметр внутренней трубы; / = 1,5 м - длина внутренней трубы.

Результаты расчетов: <2_г, <2_Х, (2%,, Д/д» к надо занести в протокол (табл. 3.6).

Отчет по лабораторной работе должен содержать: титульный лист, название и цель работы, основы теории, принципиальную схему лабораторной установки (рис. 3.6), протокол испытаний (табл. 3.6), графики изменения температур вдоль поверхности нагрева, расчеты, вывод по работе.

При подготовке к выполнению лабораторной работы, а также к ее защите рекомендуется использовать материал подраздела 2.8 данного учебного пособия и контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

и

1. Как записывается уравнение теплопередачи?

2. Физический смысл и единицы измерения коэффициента теплопередачи.

3. Что такое среднелогарифмический температурный напор, и как он вычисляется?

4. Каковы особенности работы теплообменника по схемам «прямоток» «противоток»?

5. Какая схема движения теплоносителей прямоток или противоток выгоднее?

6. Объяснить устройство лабораторной установки по исследованию работы теплообменного аппарата.

7. Расскажите последовательность проведения опыта.

8. Как изменяется коэффициент теплопередачи в процессе эксплуатации теплообменника и по каким причинам?

9. Как Вы могли бы повысить эффективность данного теплообменника?

От протекающей в трубе горячей воды с температурой („$, °С, теплота передается через цилиндрическую стенку определенной толщины окружающему воздуху с температурой ^ °С (см. рис. 3.7). Используя заданные значения коэффициентов теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы а.\, Вт/(м²-К), и от внешней поверхности трубы к воздуху помещения аг, Вт/(м^2,К), требуется:

1. Подсчитать удельные тепловые потоки ц\ и #2> Вт/м², для внутренней и наружной
поверхностей трубы, а также тепловой поток д?, Вт, проходящий через 1 м длины трубы (по
оси) для следующих случаев:

а) гладкая совершенно чистая труба диаметром ^з и толщиной <5г, м, изготовленная
из алюминиевого сплава АД 31 без накипи и тепловой изоляции;

б) труба по пункту а, но со слоем накипи толщиной 6\, м, со стороны воды;

в) труба по пункту б, но со стороны воздуха покрытая слоем тепловой изоляции
толщиной 5з, м.

2. Определить аналитически (рассчитать) температуры внутренней и наружной поверхностей трубы (по п. 1, случаи а, б, в) и температуры между отдельными слоями трубы (поп. 1, случаи б, в).

3. Построить с соблюдением масштаба график изменения температуры в трехслойной цилиндрической стенке (по п. 1, случай в). В пределах слоя тепловой изоляции линию изменения температуры строить по двум промежуточным точкам.

4. Рассчитать тепловой поток ^^, Вт, для трубы по п. 1, случай в, но увеличив коэффициент теплопроводности изоляции Аз, Вт/(м-К), в 10 раз. Результат сравнить со значением д& Вт, полученным для чистой трубы (по п. 1, случай а). По результатам сравнения сделать вывод, используя понятие критического диаметра изоляции.

3.4.2. Исходные данные

Выбор исходных данных студент производит по номеру варианта, который задается преподавателем в виде трехзначного числа. Причем величины, необходимые для расчета, берутся из таблиц 3.7, 3.8 и 3.9 следующим образом: первая цифра соответствует номеру столбца в табл. 3.7, вторая - в табл. 3.8, третья - в табл. 3.9. Например, задан вариант №345: согласно первой цифре данные берутся из третьего столбца табл. 3.7, согласно второй цифре- из четвертого столбца табл. 3.8, согласно третьей цифре - из пятого столбца табл. 3.9.

Таким образом, студент получает следующие исходные данные:

1. Наружный диаметр трубы й^ мм.

2. Толщина стенки трубы Ь%, мм.

3. Температура воды 1^, °С.

4. Температура воздуха /«*, °С.

5. Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы щ, Вт/(м²-К).

6. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы к воздуху а₂, Вт/(м²-К).

7. Толщина слоя накипи 8\, мм.

8. Толщина слоя теплоизоляции <5з, мм.

9. Коэффициент теплопроводности накипи А_} = 2 Вт/(м-К) (для всех вариантов).

10. Коэффициент теплопроводности металла трубы (алюминиевый сплав АД 31) Яг⁼ 1Ю Вт/(м-К) (для всех вариантов).

11. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции Аз, Вт/(м-К).

теплоизоля ция

воздух (а₂, (ад

Рис. 3.7. Схема трехслойной цилиндрической стенки

;Таблица 3.7

		Исходные	данные
Величина, мм		Первая цифра варианта
й	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4
дг	15,0	17,5	25,0	30,0	35,0
дъ	25,0	30,0	35,0	40,0	45,0
к	52,0	60,0	80,0	100,0	110,0

Таблица 3.8

		Исходные данные
Величина		Вто	рая цифра варианта
(ед,^0С
оь Вт/(м^2-К)
Аз, Вт/(м-К)	0,080	0,065	0,070	0,075	0,072

Исходные данные

■ Таблица 3.9

Величина	Третья цифра варианта
а2, Вт/(м*-К)

Для выполнения расчетов следует использовать следующие уравнения. Уравнение теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы:

вн

Чг =«1('«д-'си)*4

(3.33)

Уравнение теплопроводности через однослойную цилиндрическую стенку (чистая труба):

Я{ =

(3.34)

Я А.

Уравнение теплопроводности через многослойную цилиндрическую стенку (труба со
слоем накипи изнутри и теплоизоляцией снаружи): *

(3.35)

Уравнение теплоотдачи от наружной поверхности трубы к воздуху:

(3.36)

В этих уравнениях: д₍ - удельный тепловой поток через стенку отрезка трубы длиной

по оси 1 м, Вт/м; а.\, аг - коэффициенты теплоотдачи со стороны воды и со стороны воздуха, Вт/(м^2,К); /_св, (с, - температуры соответственно внутренней и наружной поверхности трубы, °С; {вд,?«* - температуры воды и воздуха соответственно, °С; 4_И, й_т - соответственно наружный и внутренний диаметр трубы, м; г - номер слоя трубы, причем нумерация выполнена от оси трубы (1 слой - слой накипи, 2 - слой металлическая стенка трубы, 3 слой - теплоизоляция, см. рис. 3.7); п- общее число слоев многослойной цилиндрической стенки; й_и с1,+\ - соответственно внутренний и наружный диаметры /-го слоя, м; Я, -коэффициент теплопроводности /'-го слоя, Вт/(м-К).

Для определения <^ нужно решить две системы уравнений, состоящие из уравнений

(3.33), (3.34), (3.36) или (3.33), (3.35), (3.36), таким образом, чтобы в итоговом выражении не присутствовали неизвестные температуры?_св, 1а,. Найдя д^, определяем с помощью

уравнений (3.33) и (3.36) температуры поверхностей (а, и 1а,.

Для того чтобы определить температуры между слоями трубы или промежуточную температуры в слое изоляции (для построения графика), ' нужно использовать соответствующее уравнение теплопроводности, составленное для каждого слоя, в котором искомая температура являлась бы единственным неизвестным.

Удельные тепловые потоки через 1 м внутренней д\, Вт/м, и наружной цг, Вт/м², поверхностей трубы следует вычислять по формулам

Ъ*Х,т н: 'к::,;_;;,<3.37)

Ъ-Мь (3.38)

Отчет по расчетно-графической работе должен содержать: титульный лист с названием работы, фамилией студента и номером варианта; задание; исходные данные; расчетную часть; график изменения температур внутри трехслойной стенки; вывод.

'■«:■ ЗАКЛЮЧЕНИЕ я*..... -,, ^тошж шиШ-м^

Рассмотренный в учебно-методическом комплексе материал не охватывает всего объема задач, встречающихся на практике. Непрерывное развитие науки и техники постоянно выдвигает перед специалистами, работающими в области тепломассообмена, новые и разнообразные задачи, требует от инженера умения самостоятельно и творчески использовать основные законы, методики и расчетные уравнения, освоенные при изучении данной дисциплины.

..Большой вклад в развитие учения о тепломассообмене сдедан отечественными ученьцуш В. М. Кирпичевым, М. А. Михеевым,, А, Д. Гухманом,' Г, Н. Кружилиным, С. С. Кутателадзе, А. В. Лыковым, Д. А. Лабунцовым, А.,И. Леонтьевым, Б. С. Петуховым, В. И. Субботиным и многими другими.

Многие задачи, еще недавно решавшиеся только узкими специалистами в данной
области, сегодня могут быть решены в условиях производства. При этом инженер должен
достаточно глубоко понимать физические особенности рассматриваемых процессов и уметь
математически описать исследуемые явления., «

В настоящее время в связи с развитием компьютерной техники значительно расширились возможности прикладного использования теории тепломассообмена. Поэтому можно утверждать, что тепломассообмен - интенсивно развивающаяся наука, требующая сочетания теоретических и экспериментальных путей исследования проблем.

Учебное издание

ОРЛОВ Михаил Евгеньевич

ТЕПЛОМАССООБМЕН

Учебно-методический комплекс

Редактор Н. А. Евдокимова

.. ■

Подписано в печать 30.06.2005. Формат 60*90/8. Бумага тип №1. Печать трафаретная. Усл. печ. л.17,25. Уч.-изд. л. 17,00. Тираж 100 экз. Заказ^^.

Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32.

Типография УлПУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32.

Дата добавления: 2014-01-04