Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Вакуумно-многослойиая тепло- изоляция сосудов для хранения сжнжеиных газов имеет эффективный коэффициент теплопроводности Х,»яэ !О ' Вт/(м К). Расчет теплоизоляции проводят по формуле теплопередачи (!2.7), причем допустимые теплопотери обычно извест. ны, а в результате расчета находят толщину слоя теплоизоляции 6, которая входит в выражение )сь Иногда в условии задается температура наружной стенки г,», например, в зоне работы обслуживающего персонала она не должна превышать 50'С. В этом случае допустимые теплопотери с! м' поверхности теплоизолируемого объекта определяют по формуле (9.1): »)=ц»(1,» — !»), где температура воздуха в помещении.
Вид теплоизолятора выбирают по температуре и фнзико-химическим свойствам теплоносителей. Каждый теплоизолятор имеет вполне определенную предельную температуру г„р, при которой он еще сохраняет свои свойства. Высокотемпературную теплоизоляцию различных печей делают многослойной, поскольку теплоизоляторы с высокой предельной температурой обычно до- 102 роги и имеют большую теплопроводность. Толщина внутреннего слоя теплонзолятора делается такой, чтобы температура на его наружной поверхности не превыгаала предельную температуру следующего более дешевого и менее тепло- проводного материала. Затем считают толщину следующего слоя, т. е.
расчет проводят последовательно, начиная от внутреннего, самого жаростойкого теп. лоизолятора. Теплофизические снойства теплоносителей и теплоизоляторов зависят от температур, большинство из которых в начале расчета неизвестны, поэтому ими приходится задаваться и расчет проводить методом последовательных приближений. Выбор теплоизолятора для трубопроводов. Увеличение толщины слоя изоляции на плоской стенке увеличивает ее термическое сопротивление )сь в результате чего увеличивается и суммарное термическое сопротивление теплопередачи й». Значения )(„ и )! » при этом не меняются.
Наложение теплоизоляции на поверхность цилиндра также увеличивает Й», но одновременно уменьшает й,»= 1/и»Р» из-за увеличения наружной поверхности г»=пх(»1, При некоторых условиях может получиться иа первый взгляд парадоксальный результат — утолщение теп. лоизоляции приводит к уменьшению суммарного термического сопротивления теплопередачи )!» (рис. 12.!) и соответственно к увеличению теплопотерь. Оказывается, теплоизоляция на трубе эффективно работает только а том случае, Рнс. 12.3. Зависимость термических сопротив- лений ат наружного радиуса теплоизоляции иа трубе Контрольные вопросы и зидичи Глава тринадцатая ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 13.1. ТИПЫ ТВПЛООБМБННЫХ АППАРАТОВ 103 если ее наружный радиус больше некоторого критического значения г„ю Для его определения приравняем нулю производную по гт от полного термического сопро.
тнвления теплопередачн )Т,= (т'.с + -1- (Т1 „,-(- )г, „,+)Т з, где )(з „ и )Т„р — термические сопротивления слоя изоляции и стенки трубы. В результате получим г, =Ею/сиз; с( =2йю/а.. (12.14) Например, в случае теплоизоляции труб, находящихся в помещении [аз-- =!О Вт/(м К)), совелнтом (й„,ж як 0,1 Вт/(м. К) ) значение критического диаметра буде~ раино с(„и=2 0,1/10= =002 м.
12.1. Пользуясь методом анализа размерностей, получить зависимОсть Лля расчета Теплообмениый аппарат (теплообменник) — зто устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или дия изменении агрегатного состояния теплоносителя. Чаще всего в теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т. е. нагреванне одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого.
Исключение составляют теплообменники с внутренними теплавыделениями, в которых теплота выделяется в самом аппарате н идет на нагрев теплоносителя. Это разного рода злектронагреватели и реакторы. Теплообменникн с двумя теплоносителямн в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому можно разделить нв несколько типов: с м е с и т е л ь н ы е, р е к у п еративные, регенератнвные и с промежуточным теплоносителемм. критического радиуса теплоизоляции на трубе. 12 2. Рассчитать теплопотери через глухую стену здании размером 2,5 Х4 и зимой (1> =20 'С, 1,= — 20 'С) Стена сделана из кирпича к=0,5 Вт/(м К), толщина стены 6= =0,5 и; о =10 Вт/(че К), сне= =30 Вт/(и'.
К! !2лй Рассчитать теплопотери через полностью застекленную стену при условиях задачи 12 2. Остекление двойное. Толщина стекол 6„=3 мм, зазор между стеклами 6,=0,1 м. 12.4 Оценить плошадь радиатора отопления для комнаты с двумя наружными стенками (см. задачи 12 2 и 12.3), если температура воды в радиаторе 80 'С. 12 5 Рассчитать, через какое время начнет замерзать вода с температурой 20 'С в неизолированном водоводе диаметром 200 мм при выходе из стопа засосов зимой (»= — 20 'С; и=30 Вт/(и ° К) 1. 125 На какое расстояние можно транспортировать воду по трубопроводу согласно условиям задачи 12.5 со скоростью ! и/с) Наиболее простыми и компактными являются смесительные теплообменники, в которых смешиваются теплоносители, не требующие дальнейшего разделения, например при подогреве воды паром (рис.
13.1). Используются смесительные теплообменники и для легко разделяющихся теплоносителей: газ — жидкость, газ— дисперсный твердый материал, вода— масло и т. д. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи. На рис. 13.2 изображена схема гра. дирни — смесительного теплообменника для охлаждения воды потоком атмосферного воздуха. Такими теплообменннками оборудованы очень многие производства, где требуется сбросить теплоту в окружающую среду. Охлажденная вода нужна на тепловых электрических станциях для конден.
саторов турбин, и компрессорных станциях для охлаждения воздуха н т. д. дэмод Ьоздуха и о аа ооэигом дход даы дгод доэдуха 104 Рис. 13.1. Использование струйного смеси- тельного теплообмеикика для подогрева воды варом при термической деаэрапик (удалении растворенных газов) Охлаждение воды в градирнях происходит не только за счет нагрева воздуха, но и за счет частичного испарения самой воды (около! %). Для обеспечения движения воздуха градирни оборудуются либо вентилятором, либо высокой вытяжной башней.
Теплый и влажный воздух легче наружного, поэтому создается естественная тяга с подъемным движением воздуха внутри башни. В рекуперативных теплообменниках теплота от одного теплоносителя к друго. му передаетси через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т.д. Наиболее распространены т р у б ч ат ы е теплообменники (рис. 13.3], в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой— в межтрубном пространстве. В таких теплообменнинах смешения теплоносителей не происходит, и они используются для самых разнообразных сочетаний греющего и нагреааемого вещества.
Регенеративные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем работают фактически по од- Рис. !3 2. Схема смесительного теплообмеи. инка (градирии): 1 — насадка; 2 — сепаратор пппкнык капель, 3 — . векткэптпр Рис. 13.3. Схема простейшего кожухотрубчатого рекуператиаиого теплообмеииика для передачи теплоты от одного теплоносителя (/) к другому (//] ному и тому же принципу, заключающемуся в том, что теплота от одного теплоносителя к другому переносится с помощью какого-то третьего — вспомогательного вещества. Это вещество (промежуточный теплоноситель) нагревается в потоке горячего теплоносителя, а затем отдает аккумулированную теплоту холодному теплоносителю.
Для этого необходимо либо переносить сам промежуточный теплоноситель из одного потока в другой, либо периодически переилючать потоки теплоносителей в теплооб. меииике периодического действия (рис. !3.4). В регенеративных теплообменниках а качестве промежуточного теплоиосите. ля используется твердый достаточно массивный материал — листы металла, кирпичи, различные засыпки. Регенера- Глдлги югам Налдллгьлг улзррл Хзллдлы Юлзйкл рлллмллл- ллм ллзлг 105 Рис. !ЗЛ, Регенеративиый подогреватель воздуха периодического действия с переключе.
иием потоков, движущихся через насадку тинные теплообменники незаменимы для высокотемпературного (() )000 'С) подогрева газов, поскольку жаростойкость металлов ограничена, а насадка из огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Иногда регенеративные теплообменники выгодно испольэовать и для охлаждения запыленных газов, которые способны быстро изнашивать или забивать трубки рекуператоров. В теплообменниках с промежуточным теплоносителем теплота от греющей среды к иагреваемой переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости.
В ряде случаев промежуточный теплоноситель при работе меняет агрегатное состояние. Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносители пар и его конденсат, является герметичная труба, заполнен. ная частично жидкостью, а частично паром (рис. !3.5). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно передавать большие тепловые мощности (в )000 раз больше, чем медный стержень тех же размеров). На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту.
Конденсат возврагцается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым жидкость движется под дей- Рис. !3.5. Схема работы тепловой трубы с возвратом конденсата под действием гравитационных сил (термосифои) станем капиллярных сил в любом направлении, даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке). Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно. Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабарит.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
