Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Поэтому в технических расчетах его влияние должно быть соответствующим образом учтено. Эти выводы применимы для оценки влияния как термического сопротивления самой стенки, тан и термического сопротивления отложений сажи и накипи. Тан нак коэффициенты теплопроводности накипи и в особенности сажи имеют низкие значения, то даже незначительный слой этих отложений создает большое термическое сопротивление.
Слой накипи толщиной в 1 мм по термическому сопротивлению эквивалентен 40 мм, а 1 мм сажи — 400 мм стальной стенки. Помимо снижения теплопередачи, осаждение накипи на стенке вредно еще и потому, что при этом повышается температура стенни. В некоторых случаях это обстоятельство может оказаться причиной аварии. Поэтому при эксплуатации теплообменных устройств необходимо предохранение их от всякого рода отложений на поверхности нагрева.
Выявив частные термические сопротивления, легко найти и решение задачи об интенсификации теплопередачи. Если частные термические сопротивления различны, то, чтобы увеличить тепло- передачу, достаточно уменьшить наибольшее из них. Если же все частные термические сопротивления одного порядка, то увеличение коэффициента теплопередачи возможно за счет уменьшения любого из сопротивлений. Изменение каждого из них вызывает тем большее изменение теплопередачи, чем больше было первоначальное отношение этого термического сопротивления к остальным. При решении поставленной задачи большое значение имеет правильная компоновка поверхности нагрева. Последняя должна быть такой, чтобы действительные условия теплопередачи соответствовали заданию и чтобы во время эксплуатации они не ухудшались.
Из вышеизложенного очевидно, что выявить узкое место тепло- передачи и наметить способы его устранения возможно лишь на основе знания и анализа частных термических сопротивлений. Знание же только коэффициента теплопередачи или общего термического сопротивления в этом отношении ничего не дает. Вот почему при изложении курса мы не ограничились рассмотрением только процессов теплопередачи и рекомендацией значений й, а подробным образом рассмотрели частные условия теплообмена.
В самом деле, пусть имеются два совершенно одинаковых теплообмеиника. В результате их испытания оказалось, что для одного из них значение коэффициента теплопередачи й„а для другого йю причем й„- й,. Имея только эти данные, невозможно установить причину плохой работы теплообменника. Поэтому все испытания теплообмениых устройств должны проводиться таким образом, чтобы, помимо коэффициента теплопередачи А, можно было получить значения всех составляющих его величин а„и„Х„Ь, и др. Знание этих величин позволяет выявить причину плохой работы теплообменника, наметить пути его реконструкции, обобщить результаты опыта и распространить их на другие устройства, аналогичные испытанному.
Но для того чтобы определить значения а, и сз„помимо температуры горячей и холодной жидкости необходимо знать еще тем- 215 пературу стенки — поверхности теплообмена. При испытании уже работающих установок в производственных условиях измерить температуру стенки не всегда возможно или сделать это очень трудно.
В таких случаях из опыта определяется только коэффициент теплопередачи й, значения же а, и а, устанавливаются на основе известных уже закономерностей для элементарных явлений теплообмена. б-5. ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ Если требуется снизить теплопередачу, то для этого необходимо увеличить термическое сопротивление. При этом достаточно увеличить какое-либо из частных термических сопротивлений, что может быть сделано по-разному.
В большинстве случаев это достигается путем нанесения на стенку слоя тепловой изоляции. 1. Виды изоляции. Тепловой изоляцией называется всякое вспомогательное покрытие, которое способствует снижению потери теплоты в окружающую среду. Целевое назначение изоляции различно — это или экономия топлива, или создание возможности осуществления технологических процессов, или создание санитарных условий труда. Подход к выбору и расчету изоляции в каждом случае должен быть различным. В первом случае на первый план выступают соображения экономического характера, а во втором и третьем — требования технологии и санитарии.
Для тепловой изоляции могут применяться любые материалы с низкой теплопроводностью. Однако собственно изоляционными обычно называют такие материалы, коэффициент теплопроводности которых при температуре 50 — 100'С меньше 0,2 Вт/(м 'С). Многие изоляционные материалы берутся в их естественном состоянии, например, асбест, слюда, дерево, пробка, опилки, торф, земля и др., но большинство их получается в результате специальной обработки естественных материалов и представляет собой различные смеси. В зависимости от технологии обработки или процентного состава отдельных компонентов теплоизоляционные свойства материалов меняются.
К сыпучим изоляционным материалам почти всегда добавляются связующие материалы, которые ухудшают изоляционные свойства. Ассортимент изоляционных материалов разнообразен. Многие из них носят специальные названия, например шлаковая вата, зонолит, асбозурит, асбослюда, ньювель, совелити др. Шлаковая вата получается из шлака, который расплавляется и затем паровой струей разбрызгивается.
Зонолит получается из вермикулита (сорт слюды) путем прокаливания его при температуре 700 — 800'С. Асбослюда представляет собой смесь асбеста н слюдяной мелочи. Совелит является продуктом химического производства. Широкое применение получила так называемая альфолевая изоляция. В качестве изоляции здесь используется воздух, и вся забота сводитая к уменьшению коэффициента конвекции и снижению теплоотдачи 216 излучением путем экранирования алюминиевой фольгой (рис.6-11). Коэффициент теплопроводиости материалов в сильной мере зависит от их пористости. Чем больше пористость, тем меньше значение эффективного коэффициента теплопроводности. О пористости материала можно судить по величине его плотности, с увеличением пористости плотность материала уменьшается.
При выборе материала для изоляции необходимо принимать во внимание механические свойства материалов, а также их способность поглощать влагу и выдерживать высокую температуру. Если температура изолируемого объекта высокая, то обычно применяется многослойная изоляция: сначала ставится материал, выдерживающий высокую температуру, например асбест, а затем уже более эффективный материал с точки зрения теплоизоляционных свойств, например пробка.
При этом толщина асбестового слоя выбирается из тех условий, чтобы температура пробки не была выше 80'С. Серьезным делом является изоляция объектов в сырых помещениях и при низкой температуре. При насыщении материала влагой его теплоизоляционные свойства резко снижаются. Для предотвращения этого явления обычно принимаются специальные меры. До сих пор мы говорили об изоляционных свойствах отдельных материалов.
Но когда материал наносится на объект, то вследствие примесей и способа нанесения изоляционные свойства материала меняются. В этом случае правильное представление об изоляции дает не коэффициент теплопроводности материала, а коэффициент теплопроводности всей конструкции в целом, который для практики имеет большее значение. Приближенно коэффициент теплопроводности конструкции определяется расчетным путем.
Однако точное его значение можно определить лишь путем опыта. Последнее можно сделать как в лаборатории, так и в промышленных условиях. Для расчета тепловой изоляции применяются обычно формулы теплопередачи, которые подробно были рассмотрены выше; все сказанное там относительно их упрощений полностью сохраняет силу и здесь.
При расчете изоляции следует придерживаться следующего порядка. Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта при наличии изоляции. Затем выбирают сорт изоляции и, задавшись температурой на поверхности изоляции, определяют среднюю температуру последней 7„„по которой определяется соответствующее значение коэффициента теплопроводности Л„,.
При Расчете изоляции термическим сопротивлением теплоотдачи от горячей жидкости к стенке и самой стенки можно пренебречь. Тогда температуру изолнруемой поверхности можно принять равной температуре горячей жидкости. Зная температуры на внутренней и внешней поверхностях изоляции и коэффициент теплопроводности, определяют требуемую толщину изоляции 6„,. После этого производится поверочный расчет и определяются значения средней температуры изоляционного слоя и температуры на поверхности.
Если последние от предварительно принятого значения отличаются существенно, то весь расчет повторяют снова, задавшись новым 217 значением температуры на поверхности изоляции. И так до тех пор, пока расхождение температур не будет в допустимых пределах. При теплоотдаче в условиях свободной конвекцин и температуре окружающей среды г 2 = 20' С толщину изоляции трубопроводов с точностью до 3 — 5% можно определить по формуле [671 д!,21ь!,3571.73 75 1 ив с1 иэ 1,5 где 6„, — толщина изоляции, мм; «11 — диаметр трубопровода, мм; 1„— его температура; Х„, — коэффициент теплопроводности изоляции; дт — линейная плотйость теплового потока.
На рис. 6-14 приведен график, по которому без подсчетов можно определить значетемпература окружающей 20 ба «а за 75 5 Б Л г 5 «55ВМ 25 Рис. 6-14. Вспомогательный график дли определении бк~, '5 и 3,135. «1' и Рис. 6-16. Трубопровод с однослойной изоляцией. среды не 20'С, а выше, то тепловые потери уменьшаются: на каждые 5' С повышения температуры тепловые потери снижаются приблизительно на 1,5%. 2. Условия рационального выбора материала для тепловой изоляции трубопровод о в.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
