Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Справочный материал. Определение количества теплоты переданного через стенку




Определение количества теплоты переданного через стенку

Практическое занятие № 10

 

Цель работы: изучить процесс передачи тепла.

Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на противоположных поверхностях.

Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, проходящей за 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности

температур на противоположных поверхностях образца 1 градуса Цельсия.

Различные материалы проводят теплоту по - разному: одни - быстрее (например: металлы), другие - медленнее (теплоизоляционные материалы).

Количественным показателем теплопроводности различных тел служит

коэффициент теплопроводности – λ (лямбда). Коэффициент теплопроводности численно равен количеству тепла в Джоулях, проходящему через 1м2 ограждения толщиной в 1 м в единицу времени при разности температур поверхностей ограждения 1 °С, и имеющим размерность Вт/(м×°С). Строительные материалы имеют коэффициенты теплопроводности в пределах от 3,5 (гранит) до 0,04 Вт/(м×°С) (пенополистирол).

Теплопроводность зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры материала. Чем больше пористость (меньше средняя плотность), тем ниже теплопроводность материала. С увеличением влажности материала теплопроводность резко увеличивается, т.е. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала.

Коэффициент теплоотдачи a на наружной или внутренней поверхности по физическому смыслу - это плотность теплового потока, отдаваемая соответствующей поверхностью окружающей ее среде (или наоборот) при разности температуры поверхности и среды в 1 оС. Величины, обратные коэффициентам теплоотдачи, принято называть сопротивлениями теплоотдаче на внутренней Rв,(м2. оС/Вт), и наружной Rн, (м2. оС/Вт), поверхностях ограждения.

Примерами теплопередачи являются: передача теплоты от греющей воды нагревательных элементов (отопительных систем) к воздуху помещения; передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах; передача теплоты от раскаленных газов к охлаждающей воде (жидкости) через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания; передача теплоты от внутреннего воздуха помещения к наружному воздуху и т. д. При этом ограждающая стенка является проводником теплоты, через которую теплота передается теплопроводностью, а от стенки к окружающей среде конвекцией и излучением. Поэтому процесс теплопередачи является сложным процессом теплообмена.

Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной d и теплопроводностью λ (рис.1).

Температура горячей жидкости (среды) t'ж, холодной жидкости (среды) t''ж. Количество теплоты, переданной от горячей жидкости (среды) к стенке по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:

Q = a1 · (t'ж – t1) · F, (1)

Где: a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки с температурой t1; F – расчетная поверхность плоской стенки.

Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению:

Q = / · (t1 – t2) · F.

Где: d толщина стенки.

Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде определяется по формуле: Q = а2 · (t2 - t''ж) · F, (3)

Где: a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.

Решая эти три уравнения получаем: Q = (t'ж – t''ж) • F • К, (.4)

где: К = 1 / (1/1 + / + 1/2 )– коэффициент теплопередачи, (5) или R0 = 1/К = (1/1 + / + 1/2 )– полное термическое сопротивление теплопередачи через однослойную плоскую стенку. (6),

1/a1, 1/a2 – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки; / - термическое сопротивление стенки.

Пример расчета: Стенка из кирпича толщиной =300 мм и теплопроводностью λ = 0,8 Вт/(м град) разделяет две среды, с которыми осуществляется теплообмен: tcр1 = 20 0С, коэффициент теплоотдачи α1 = 10 Вт/(м2 град);: tcр2 = -10 0С, коэффициент теплоотдачи α2 = 30 Вт/(м2 град).

Определить температуры поверхностей стенки.

Решение. В этой задаче на ограничивающих поверхностях заданы граничные условия третьего рода: плотность теплового потока с поверхности определяется законом Нъютона - Рихмана – q пов = α(tпов-tср), где tср – температура окружающей среды. В этом случае к термическому сопротивлению самой стенки добавляются сопротивления на границах:

=0.1+0.375+0.033=0.508; плотность теплового потока через стенку . На границе со средой 1 (tcр1 = 20 0С) формулу Нъютона - Рихмана надо записать как q пов = α1(tср1-t1), где t1 – температура первой поверхности стенки (теплота распространяется в направлении убывания температуры). Тогда tср1 - 0C. Аналогично, на второй границе q пов = α2(t2-tср2), откуда 0C.

Задание: решить задачу в соответствии с заданием своего варианта

Стенка материала толщиной и теплопроводностью λ разделяет две среды, с которыми осуществляется теплообмен: первая среда - температура tcр1 , коэффициент теплоотдачи α1 = 10 Вт/(м2 град);: вторая среда -температура tcр2, коэффициент теплоотдачи α2 = 30 Вт/(м2 град).

Определить температуры поверхностей стенки. Построить график распределения температуры по толщине стенки.

Таблица задания №1

вариант Толщина стенки, мм. материал стенки   вариант Толщина стенки, мм. Теплопроводность материала стенки м2. оС/Вт
    Сталь     Торфоплита
    Листовой асбест     Шамотный кирпич
    Шамотный кирпич     Листовой асбест
    Красный кирпич     Сталь
    Торфоплита     Сталь

 

Таблица №2 Коэффициент теплопроводности материала λ

Сталь 45,4 Вт/(м⋅оС)
Листовой асбест 0,1163 Вт/(м⋅оС)
Деревянная обшивка 0,107 Вт/(м⋅оС)
Торфоплита 0,064 Вт/(м⋅оС)
Пробковая пластина 0,042 Вт/(м⋅оС)
Красный кирпич 0,8 Вт/(м⋅оС)
Шамотный кирпич 1,28 Вт/(м⋅оС)

 

Литература

 

1. Кузовлев В. А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. М.: Высш. шк., 1983. -335 с.

2. Лашутина Н.Г. Техническая термодинамика с основами теплопередачи и гидравлики. Л., Машиностроение, 1988. – 366 с.

3. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энерrоиздат. 1984. 416 с,

4. Брюханов О.Н. Основы гидравлики и теплотехники: учебник для студ.сред.проф.образования М.,Академия, 2008.- 240с.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-09; Просмотров: 3158; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.019 сек.