Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 39
Текст из файла (страница 39)
З.Вулканитовая формованиая изоляция из =26'С; т =188'С; 1 =- 0,073+0,01 — "а= 0,092 акал/мчас'С; чст ' «3 ' из = ' ' 100 т 5 — коэффициент запаса, равный 1,05. 224 теплОпРОВОдность НРи нестАпиОнАРном Режиме 1 Гл в бз 2я1 (г 1 — гм 1).а 6,28 0,092 (350 — 26) 1,05 1п К= ' ' — — 197 — 10 1 41 а =2,72; ба=159 2„72=430 мм и Эи = 135 мм.
дв 1 Имея толщины, определяем стоимость изоляционных конструкций иа один погонный метр. В реаультате таких расчетов имеем(: !) совелитовая мастичная 3„ = 130 мм, Р„ = 54 р. 50 кл 2) совелитовая формовая а„ = 160 мм, Р = 88 р. 10 к. 3) вулканитовая аиз — 13о мм, Риз= 54 р. 40 к. Последняя дешевле других, но эта изоляция изготовляется в виде плит, которые необходимо будет разрезать, что связано с отходом материала и увеличением стоимости работы.
11оэтому окончательно выбираем совелитовую мастичную изоляцию. Переходим теперь к подсчету зкономии тепла. Потери тепла голого паропровода по наинняшей температуре пара г , = 330' С и гдэ — 10е С 91 —— 3 700 ккал/м час. Потери тепла изолированного паропровода по наивысшей температуре пара г,', =350' С и 17 э —— 10' С, 41 — — 197 ккал/м час. Эконо мия тепла 541 — 17 — 41 — 3 700 — 197=3 500 ккал/м час; для всей длины паропровода зкономиятепларавнаО=591 /=3500 362=1,27 10в ккал/час и годовая экономиятеплаО а — л',) 7000=1,27 7000 10в=8,9.10'ккал/год. 8,9 10е Стоимость этого тепла Р1 =12 .
=107000 руд/год. Общая стоимость изоляции равна Р, = 54и5 362 = 19 700 руб. Эта стоимость окуР, 19 700 пается в течение нескольких месяцев, а именно: и= - = 107000 Р1 =0,184 года=2 мес. и 7 дней. Можно подсчитать и количество сэкономленного топлива; полагая к. п. д. котла ч, =0,7, имеем: 8.9 10в 6 7 10е 0 7 1 820 ш/год условного топлива. ГЛАВА ВОСЬМАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРИ НЕСТАБИОНАРНОМ РЕЖИМЕ 31. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ 1. Выше были рассмотрены условия распространения тепла при стационарнолг режиме, когда температурное поле во времени не менялось, оставалось постоянным. Если же температурное поле меняется во времени, т. е. является функцией времени, то протекающие в таких условиях тепловые процессы называются нестационарными. /-/естационарность тепловых процессов обусловливается изменением теплосодержания тел и всегда связано с явле- ' Стоимость изоляции взята ериевтировееьо, ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА 225 й З1~ виями прогрева или охлаждения.
В качестве примера рассмотрим такой случай. Тело внесено в среду с более высокой температурой; сразу же между средой и телом возникает процесс теплообмена и тело начинает прогреваться. Сначала нагреваются поверхностные слои, но постепенно процесс прогрева распространяется в глубь тела. О характере изме- Р с Р— е т Фнг.
122. Теплопроводность при нестанионарном режиме; характер изменения температур и количества переданного тепла во времени. пения температуры тела за время прогрева дают представление кривые на фиг. 122,а, где 1 — температура наповерхности и 1 †температу в центре тела. По истечении некоторого времени 1теоретически бесконечно большого) температура всех частей тела выравнивается и становится равной температуре, окружающей среды, т. е. наступает тепловое равновесие.
При нестационарном режиме количество передаваемого тепла также не постоянно во времени. О характере изменения втой величины дает представление кривая на фиг. 122,б. По мере прогрева тела количество воспринимаемого тепла уменьшается и в пределе становится равным нулю.
Площадь, 15 М. А. Михеев. таплопеоводногть пеи иестлционлгноя гежимк 1гл а заключенная между осями и кривой, определяет собой полное количесгво тепла, переданное за время х. Это тепло аккумулируется телом и идет на повышение его теплосодержания. Аналогичным образом протекает процесс и при охлаждении тела, при этом его теплосодержание уменьшается, а выделенное тепло передается в окружающую среду. В качестве второго примера рассмотрич процесс теплопередачи через стенку. Пусть в начале процесс был стационарным, температура горячей среды равна г'лъ холодной 1гд и стенки Г' „ и Г',, (фиг. 122, а). Если теперь изменить режим теплопередачи, например, сразу скачкообразно повысить температуру горячей среды до Р', то на некоторое время процесс становится нестационарным. Температурная кривая г'я~в — 1',, — 1' „ — 1гд будет изменяться до тех пор, пока снова не установится стационарный режим, †англ.
Изменение во времени 1 „ и 1 „ отдельно представлено на фиг. 122„ г. О характере изменения во времени количества передаваемого тепла для рассматриваемого случая дают представление кривые на фиг. 122,д. Здесь Я' и Я"— количества передаваемого тепла при стационарных режимах, ф, и Я, — количества передаваемого тепла через горячую и холодную поверхности стенки при нестационарном режиме. Заштрихованная площадка представляет собой количество тепла, затраченное на изменение теплосодержания стенки (аккумулированное тепло). Таким образом, нестационарный тепловой процесс всегда связан' с изменением теплосодержания тела и им обусловливается. Так как скоросгь изменения теплосодержания прямо йропорциональна способности материала проводить тепло (т.
е. коэффициенту теплопроводности ~) и обратно пропорционально его аккумулирующей способности (т. е. объемной тепло- емкости ст), то в целом скорость теплового процесса при не- стационарном режиме определяется значением коэффициента температуропроводности а =- — м'/час, который здесь имеет гп такое же большое и важное значение, как и коэффициент теплопроводности при стационарных режимах распространения тепла. Описанный выше характер изменения температуры и количества переданного тепла справедливы лишь для твердых тел.
При нагреве жидких или газообразных тел неизбежно возникает конвекция, которая способствует выравниванию температуры. В этих случаях можно говорить об изменении во времени лишь средней температуры жидкости. 2. Решить задачу нестационарной теплопроводности, это значит найти зависимости изменения температуры и количества переданного тепла во времени для любой точки тела. 1ч" оиис пюг пгоивссл й 31; Такие зависимости могут бы|ь получены путем решения дифференциального уравнения теплопроводиости [гл. 2, уравнение (9)], которое обычно решается с помощью рядов Фурье. Аналитическое решение ставит себе целью получения общего решения задачи.
Поэтому оно получается очень сложным и оказывается возможным лишь для твердого гела простой формы (пластины, цилиндра и шара) и при целом ряде упрощающих предпосылок (см. з 32). Для ряда тепловых задач такие решения имеются в монографии А. В. Лыкова [581, монографии Г.Л. Иванцова [2Ц и в книге Гребера и Эрка [15). При решении конкретных технических задач практически гтриемлемым является метод элементарных балансов Ь гг. Ызяцчеда [101 (см. $ 53) или метод конечных разностей 'Е. Шмидта (см. э 34). Эти методы основаны на допушении возможности замены непрерывного процесса скачкообразным как во времени, так и в пространстве.
Любой процесс нагревания или охлаждения тела можно разделить на три режима. Первый из них охватывает начало процесса, пока харак1ерной особенностью является распространение его в пространсгве и захват' все новых и новых слоев тела. Скорость изменения температуры в огдельных точках при этом различьа и поле температур очень сильно зависит от начального состояния, которое, вообще говоря, имеет случайный характер. Поэтому первый режим является режимом неупорядоченного процесса.
С течением времени влияние начальных неравномерностей сглаживается и скорость изменения температуры во всех точках тела становится постоянной. Это †реж упорядоченного процесса. По прошествии длительного времени — аналитически по истечении бесконечно большого времени в наступает третий, стационарный режим, характерной особенностью которого является постоянство распределения температур во времени.
Если же во всех точках тела температура одинакова и равна температуре окружающей среды, то это — режим теплового равновесия. Аналитическое решение получается таким сложным потому, что ставит себе целью получить обшую зависимость сразу для всех трех режимов. Если же отказаться от этого, то задача сразу упрощается. Именно по этому пути пошли многие исследователи при разработке практических методов решения. В. Д. Мачинский [601 первый и второй режимы рассматривает раздельно и для каждого из них дает свои способы решения, в результате чего методология расчета и расчетные формулы сильно упрощаются. Аналогичный способ был положен в основу метода расчета охлаждения и нагревания тел, разработанный Эссером и Кришером [96).
При этом отправным пунктом в их методе является стационарный режим. 15* ой8 тю лопговодцость пги исстАциоиАРном Режима П л ю При решении многих практических задач по охлаждению и нагреванию тел начальным или первым режимом процесса можно пренебречь. Тогда остается только второй, который подчиняется простому, экспоненциальному закону. Г. М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
