Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 30
Текст из файла (страница 30)
ющую их плоскую стенку. Численное значение коэффициента теплопередачи равно тепловому потоку от одного тепло. носителя к другому через 1 м' разделяющей их плоской стенки при разности температур теплоносителей в 1 К. В случае многослойной стенки вместо отношения б/Л в формулы (12.10), (12.11) следует подставлять сумму этих отношений для каждого слоя. Обратите внимание на различие между коэффициентами теплопроводнасти Л, теплоотдачиа и теплопередачи й. Эти коэффициенты характеризуют интенсивность различных процессов, по-разному рассчитываются и путать их недопустимо. Коэффициент теплопередачи есть чисто расчетная величина, которая определяется коэффициентами теплоотдачи с обеих сторон стенки и ее термическим сопротивлением.
Важно подчеркнуть, что коэффициент теплопередачи никогда не может быть больше мг, аг и Л/б. Сильнее всего он зависит от наименьшего из этих значений, оставаясь всегда меньше его. В предельном случае, когда, например, м<м им~5/Л,й гхь Коэффициентом теплопередачи пользуются и при расчете теплового патока через тонкие цилиндрические стенки (трубы), если г(„/г(,„(1,5; (..(„= ОР„= й (!., — („,) Р,ш (12.12) Плошадь поверхности трубы с,р считают при этом с той ее стороны, с которой коэффициент теплаотдачи меньше.
Если же коэффициенты близки друг к другу, игжкг, то целесообразно площадь считать по среднему диаметру трубы с(=0,5 (г(,„+г(„). В этом случае погрешность от замены в расчетах цилиндрической стенки на плоскую будет минимальна. Справедливость приведенных выше рекомендаций несложно проиллюстрировать на примере. Пример 12.2.
Рассчитать тепловой поток О аг горячей воды ! г =86 'С, теку!а«й в стальной (сталь 20] трубе длиной 1=10 м, диаметром г(,„/г(„=90/! 00 мм. Расход воды (2= 10 ' мг/с. Труба используетгя для отапле. ния гаража, температура воздуха в катаром ° =20'С, а температура стен гаража = 15 'С Коэффициент теплоправаднасти для стали к=51,5 Вт/(м К) Решение таких задач находится методом последовательных приближений. Вначале для расчета значений а~ и ог приходится задаватьсв температурами поверхностей тру.
бы из условия ! г ) 1, ~ ) г:г) 1„2, причем раз. ность соседних температур тем больше, чг м больше термическое сопротивление между ними. Исходя из зтога принимаем 2„=85,5'С; (,2=85 "С Средняя скорость течения воды в трубе равна рр,„! — — — — — — — — — 1,57 и/с. 4(г 4. 10 яг(2 3,14 О 092 Г!о аналогии с примером 10.1 рассчитаем коэффициент теплаотдачи ат воды к стенке трубы иг =6695 Вт/(мг К). Суммарное значение коэффициента теплаатдвчи ат наружной стенки трубы с учетом коиаекиии и излучения рассчитано в примере 12,1 аг= = 13,3 Вт/(мг К). Согласно фармуле (12 7) тепловой патах через цилиндрическую стенку трубы будет ранен !чг гмг я., +я„+яы и! чз + — 1п — + —— а,ял,„! 2лж Л„„аэш(„! 86- 20 1 + —; -Х 6695 3,!4 0,09 10 2 3,14 а(,5.10 0,1 1 Х 1п — '-+ —,— О.ОО (З,З ° Здв ° О,! ° (О 86-20 5,28 10 з+3,25 10 з+2,39452 10 = 2746,5 рв 2750 Вт.
Зная значение теплового патока, уточним значения температур поверхностей трубы, !.ог. 99 (86 — 20) 3,14.0,1. !О »х г Гм! гг 444 гмг ~~»х !00 ласно формулам (12.8) н (12.4) Г,! =гм! — ()а»! = =86 — 2750 5,28 10 '=85,9 'С; =85,9 — 2750 3,25 !О '=85,8'С. Уточненные значения температур поверхностей стеннн трубы близки к яредварнтель.
но принятым, поэтому повторный расчет с использованием этих уточненных температур дает то же самое значение теплового потока 6). Если бы результат ноэторного расчета отличался от предварительного более чем на !О »ю то слеза»ало бы провести еще одно уточнение. При расчете теплового потока гу по приближенной формуле (12.12), а которой стенка трубы считается плоской с толщиной 6=5 мм, получим (м! мэ) н »- ('„„й— „>~ 1/а, +6/а+ !/а 1/6695+5 10 — з/5! 5+ 1/13 3 =2747,3ж2750 Вэ. Расхождение результатов расчетна по точной и приближенной формулам а четвертой значащей цифре несущественно, тем более что погрешность формул для определения коэффициентов теплоотдачи около 10 %.
Обычно тепловые расчеты нроаодят с точностью до третьей значащей цифры. Следовательно, точная н приближенная формулы и данном примере дают совершенно одинаковый результат 12.3. И НТЕНСИ ФИ КА ЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Для интенсификации переноса теплоты через стенку согласно формуле (!2.7) нужно либо увеличить перепад температур между теплоносителям и бю — »мэ, либо уменьшить термическое сопротивление теплопередачи )9„. Температуры ген. лоносителей обусловлены требованиями технологического процесса, поэтому изменить нх обычно ие удается. Термическое сопротивление )г» мож.
но уменьшить различными способами, воздействуя на любую из составляющих»2,6 )9», )г». Как отмечалось в 99.2, интенсифицировать конвективный тепло- обмен и уменьшить»9„можно путем увеличения скорости движения теплоносителя, турбулизации пограничного слоя и т. д. Термическое сопротивление теплопроводности А»» зависит от материала и толщины стенки.
Однако прежде чем выбирать методы воздействия на процесс теплонередачи, необходимо установить вклад отдельных составляющих )(,ь )Г» и А'„» в суммарную величину )9». Естественно, что существенное влияние на )г* будет оказывать уменьшение наибольшего из слагаемых. В широко используемом в технике процессе передачи теплоты от канельной жидкости к газу через металлическую стенку наибольшее термическое сопротивление имеет место в процессе теплоотдачи от газа к стенке )г э, а остальные термические сопротивления )г,! и »9» пренебрежимо малы по сравнению с ннм (см. пример 12.2). В таких случаях для интенсификации тенлонередачи очень часто оребрнют ту поверхность стенки (рис. 12.2), теплоотдача от которой менее интенсивна.
За счет увеличения площади Е» оребренной поверхности стенки термическое сопротивление теплоотдачи с этой стороны стенки )7„= 1/а»Р» уменьшается и соответственно уменьшается значение )9». Аналогичного результата можно было бы достигнуть, увеличив аь но для этого обычно требуются дополнительные Рис. 12.2. К расчету теплопередачн через оребренную поверхность затраты мощности на увеличение скорости течения теплоносителя. Ребра, имеющие форму пластин, стержней или любую другую, одним концом плотно прикрепляют к тсплоотдающей 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 )т„г за счет оребрения поверхности уменьшается пропорционально к о з фф ициенту оребрения (отношению плошади аребренной поверхности к площади гладкой поверхности до ее оребрения), т. е. К,р — — Е,р/Е... и рассчитывается по обычному соотношению К,р — — !/(цгр,р), но только в там случае, когда термическое сопротивление тепло.
провадности самих ребер значительно меньше термического сопротивления теплоотдачи от них: ! Ю = — г--«)Т = —, (12.1З) хг Л9" г р где (р — длина ребра; 52 — плошадь поперечного сечения ребра; Ер — площадь поверхности ребра. При большом термическом сопротивлении теплапроводности ребер температура по мере удаления от основания ребра приближается к температуре теплоносителя и концы ребер работают иеэффект и в но.
Пример 12.3. Рассчитать, вц сколько раз увеличится тепловой поток ат трубы (уславия примера 12 21, если ее иаружиук1 поверхность увеличить в 10 раз путем аребрения. Термическим сопротивлением рсоср пренебречь. Коэффициенты теплаотдачи считать такими же, как и примере !2.2. Величина К, длк аребреинай поверхности булат и К.р — — 10 рлз меныце, чем для гладкой Остальные термические сопротивлении (Й, и Й,) астэиутс» неизменными, следовательно, гь! ьг 66 — 20 6,26 10-2+6,26 |О-'+2,ЗО 10-' =26660 Вт Таким образам, в данном случае уменьшение й„г в 1О раз приводит к увеличению теплового патока в процессе теплопередачи в О„„/14=26 660/2750=9,68 раза, поскольку влияние двух меньших термических сопротив. лений пренебрежимо мала.
Как правила, установка ребер привалит к некоторому снижению коэффициентов тепла. отдачи конвенцией и излучением, поэтому реально эффект будет несколько ниже Более точные расчеты следует выполнять па формулам, рекомендованным в справочниках для конкретного вида аребрепия |гл. те|1лООАЯ иЗОлЯЦИЯ Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения, агрегаты, коммуникации приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью [Л( «02 Вт/(м.
К)). Такие материалы называются теплоизолятора ми. Большинства теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой или пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздука и переносу теплоты излучением.
Сама основа в плотном состоянии обычно обладает достаточно высокой теплопроводностью [Ляв 1 Вт/(м ° К)[, поэтому с увеличением плотности набивки минеральной ваты, асбеста или другого теплоизалятора их теплопроводнасть 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 пере101 мешаться 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.
Еше лучшими свойствами обладают вакуумно-многослойные и вакуумно-порошконые теплоизоляционные материалы. Перенос теплоты теплопроводностью через поры в таких теплоизоляторах уменьшаемся путем создания глубокого вакуума, а для уменьшения переноса теплоты излучением служит либо порашок, либо ряд слоев фольги с малой степенью черноты, выполняющих роль экранов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
