Главная страница
Навигация по странице:

  • 2. Исходные данные для расчета

  • 3. Расчетная часть

  • 3.2. Пункт 1.1.2.

  • 3.3. Пункт 1.1.3.

  • 3.4. Пункт 1.1.4.

    		•

    Теплопередача через цилиндрические стенки


    Скачать 1.17 Mb.
    НазваниеТеплопередача через цилиндрические стенки
    Дата16.05.2022
    Размер1.17 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаRR2_Tankin.docx
    ТипДокументы
    #532484

    Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

    ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

    УралЭНИН

    Домашнее задание

    Тема: Теплопередача через цилиндрические стенки

    Номер в списке / Вариант: 15 /135

    Выполнил:

    Студент группы

    ЭН-390008

    Танкин Диар

    Проверил:

    Профессор,

    д.т.н. Смолин Г.К.

    Екатеринбург 2022

    Оглавление

    1. Задание 3

    2. Исходные данные для расчета 5

    3. Расчетная часть 6

    3.1. Пункт 1.1.1. 6

    3.2. Пункт 1.1.2. 7

    3.3. Пункт 1.1.3. 9

    3.4. Пункт 1.1.4. 9

    Вывод 11


    1. Задание



    От протекающей в трубе, изображенной на рис. 1, горячей воды с температурой tвд, °С, через цилиндрическую стенку определенной толщины теплота передается окружающему воздуху с температурой tвх, °С. Используя заданные значения коэффициентов теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы α1, Вт/(м2·К), и от внешней поверхности трубы к воздуху помещения α2, Вт/(м2·К), требуется:

    1.1.1. Подсчитать удельные тепловые потоки q1 и q2, Вт/м2, для внутренней и наружной поверхностей трубы, а также тепловой поток qℓ, Вт, проходящий через 1 м длины трубы (по оси) для следующих случаев:

    а) Гладкая совершенно чистая труба диаметром d3 и толщиной δ2, м, изго-товленная из алюминиевого сплава АД 31 без накипи и тепловой изоляции;

    б) Труба по пункту а, но со слоем накипи толщиной δ1, м, со стороны воды;

    в) Труба по пункту б, но со стороны воздуха покрытая слоем тепловой изоляции толщиной δ3, м.

    1.1.2. Определить аналитически (рассчитать) температуры внутренней и наружной поверхностей трубы (п. 1.1.1., случаи а, б, в) и температуры между отдельными слоями трубы (п. 1.1.1., случаи б, в).

    1.1.3. Построить с соблюдением масштаба график изменения температуры в трехслойной цилиндрической стенке (п. 1.1.1., случай в). В пределах слоя тепловой изоляции линию изменения температуры строить по двум промежуточным точкам.

    1.1.4. Повторить расчет теплового потока qℓ, Вт, для трубы по п. 1.1.1., случай в, но увеличив коэффициент теплопроводности изоляции λ3, Вт/(м·К), в 10 раз. Результат сравнить со значением qℓ, Вт, полученным для чистой трубы (п. 1.1.1., случай а). По результатам сравнения сделать вывод, используя понятие критического диаметра изоляции.



    Рисунок 1. Продольный разрез трехслойной трубы: 1 – слой накипи; 2 – металлическая стенка трубы; 3 – слой теплоизоляции


    2. Исходные данные для расчета



    Таблица 1. Исходные данные


    Величина
    Вариант

    135

    δ1, мм
    1

    δ2, мм
    15

    δ3, мм
    25

    d3, мм
    52

    tвд, °С
    130

    tвх, °С
    25

    λ1, Вт/(м·К)
    2

    λ2, Вт/(м·К)
    110

    λ3, Вт/(м·К)
    0,070

    α1, Вт/(м2·К)
    1700

    α2, Вт/(м2·К)
    12




    Из исходных данных найдем d1, d2 и d4:
    d2 = d3  2δ2 = 522·15 = 22 мм;

    d1 = d2  2δ1 = 222·1 = 20 мм;

    d4 = d3 + 2δ3 = 52+2·25 = 102 мм;

    3. Расчетная часть

    3.1. Пункт 1.1.1.



    а) Тепловой поток qℓ равен:



    Удельные тепловые потоки:



    б) Тепловой поток qℓ равен:



    Удельные тепловые потоки:



    в) Тепловой поток qℓ равен:





    Удельные тепловые потоки:





    3.2. Пункт 1.1.2.




    а) Температура внутренней поверхности трубы:


    Температура наружной поверхности трубы:


    б) Температура внутренней поверхности накипи:

    Температура внутренней поверхности трубы с накипью:


    Температура наружной поверхности трубы:


    в) Температура внутренней поверхности накипи:

    Температура внутренней поверхности трубы с накипью:


    Температура наружной поверхности трубы с изоляцией:

    Температура наружной поверхности изоляции:

    3.3. Пункт 1.1.3.




    Рисунок 2. График изменения температур в трехслойной цилиндрической стенке

    3.4. Пункт 1.1.4.



    Примем λ3 в 10 раз больше, то есть λ3 = 0,7 Вт/(м·К). Тогда тепловой поток qℓ с накипью и изоляцией равен:





    Критический диаметр изоляции цилиндрической стенки равен:

    При наложении тепловой изоляции для уменьшения тепловых потерь от поверхности трубы с наружным диаметром d3 необходимо выполнить условие:

    Поэтому материал изоляции надо выбирать из следующего неравенства:



    Вывод



    В работе был рассмотрен процесс теплопередачи для:

    а) Совершенно чистой трубы без накипи и тепловой изоляции;

    б) Трубы со слоем накипи со стороны воды;

    в) Трубы со слоем накипи cо стороны воды и слоем тепловой изоляции со стороны воздуха.

    Для этих условий были рассчитаны тепловые потоки и удельные тепловые потоки. С каждым разом, добавляя слой за слоем, тепловой поток становился меньше, что свидетельствовало о верности результатов. Накипь, как и изоляция выступала в роли теплоизоляционного материала.

    Также рассчитали температуры внутренней и наружной поверхностей трубы и температуры между отдельными слоями трубы. Имея данные о температурах, построили график изменения температуры в трехслойной цилиндрической стенке.

    В конце увеличили в 10 раз коэффициент теплопроводности теплоизоляции и заметили, что это приводит к ухудшению, так как тепловой поток вырос и все тепло при таком коэффициенте стремится выйти наружу. Это связано с критическим диаметром изоляции. Так как максимально допустимое значение коэффициента теплопроводности теплоизоляции составляет λиз = 0,21 Вт/(м·К), а у нас при увеличении заданного коэффициента в 10 раз получился λ3 = 0,65 Вт/(м·К), что превышает критическое.

    написать администратору сайта