лабораторная. Лабораторная работа Теплотехника. Задание 3

• Название: Задание 3
• Анкор: лабораторная
• Дата: 23.01.2022
• Размер: 64.16 Kb.
• Имя файла: Лабораторная работа Теплотехника.docx
• Тип: Документы; #339381

Задание №3

Теплота газообразных продуктов горения топлива передается через стенку котла кипящей воде. Заданы граничные условия третьего рода:

Температура газов t_f1, ⁰С, воды t_f2, ⁰С; коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁, Вт/(м²·К), от стенки в к воде α₂, Вт/(м²·К) (таблица 3.2.1).

Требуется определить термические сопротивления R, Вт/(м²·К), ко- эффициенты теплопередачи h, Вт/(м²·К)и количество теплоты q, Дж, переда- ваемое от газов к воде через 1 м²поверхности стенки в секунду для следующих случаев:

а) стенка стальная, совершенно чистая, толщина δ₂, мм(таблица 3.2.1),

λ₂  50 Вт/(м·К);

б) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δ₃,

мм(таблица 3.2.1), λ₃  2,0 Вт/(м·К);

в) рассматривается случай «б», дополнительно условие: на поверхности

накипи имеется слой масла толщиной δ₄= 1 мм, λ₄  0,1 Вт/(м·К) ;
г) рассматривается случай «в», дополнительное условие: со стороны газов

стенка покрыта слоем сажи толщиной δ₁, мм(таблица 3.2.1), λ₁  0,2

Вт/(м·К) .

Приняв количество теплоты для случая «а» за 100 %, определить в про- центах количество теплоты для остальных случаев.

Определить температуру всех слоев стенки расчётным способом и.

Таблица 3.2.1 – Исходные данные

№ варианта	tf1, 0С	tf2, 0С	α1, Вт ( м2К)	α2, Вт ( м2К)	δ1, мм	δ2, мм	δ3, мм
6	850	150	60	1000	2	12	10

Теплота газообразных продуктов горения топлива передается через стальную стенку котла кипящей воде. Температура газов t_f1=850⁰С, воды t_f2=150⁰С; коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁=60 Вт/(м²К), от стенки к воде α₂=1000 Вт/(м²К), толщина стенки δ₂=16 мм, коэффициент теп-

лопроводности стенки λ₂  50 Вт/(м·К); толщина накипи δ₃=10 мм, коэффици-

ент теплопроводности накипи λ₃  2,0 Вт/(м·К); толщина слоя масла δ₄= 1 мм,

коэффициент теплопроводности масла λ₄  0,1

Вт/(м·К); толщина слоя сажи

δ₁=1 мм, коэффициент теплопроводности сажи

λ₁  0,2 Вт/(м·К).

Решение

Рассмотрим случай «а» - стенка стальная, совершенно чистая

Термическое сопротивление:

- от газов к стенке (тепловосприятию стенки)

α

1
R ¹

1

 ¹  0,0167

60

( м² К)

;

Вт

- от стенки к кипящей воде (теплоот- дачи стенки)

α

2
R ¹

2

_ 1

1000

 0,001

( м² К)

;

Вт

- стальной стенки котла

R  ^δ2 2

_ 0,012

50

 0,00024

( м² К)

;

Вт

λ

3


Коэффициент теплопередачи чистой

стальной стенки

h_а

1

R₁  R₂

• 
  R₃
  

_ 1

0,0167  0,001  0,00024

 55,9

Вт _;( м² К)

Определяем количество теплоты

q_а h_а(t_f1

• 
  t_f2
  

)  146(850  150)  39130 ^Вт.

_м2

Находим температуру слоёв стенки

t_w1  t_f1  q_аR₁  850  39130  0,0167  196,6 ⁰C;


w

2
t  t_f1  q_а(R₁  R₃ )  850  39130 (0,0167  0,00024)  187,1 ⁰С.

Рассмотрим случай «б» - стенка стальная со стороны воды покрыта слоем накипи.

Определяем термическое сопротивление (аналогично случаю «а»)

- от газов к стенке - от стенки к кипящей воде

α

1
R ¹

1

 ¹  0,0167

60

( м² К)

;

Вт

R ¹


α

2
2

 ¹  0,001

1000

( м² К)

;

Вт

- стальной стенки котла

λ

3
R  ^δ2 2

_ 0,012

50

 0,00024

( м² К)

;

Вт

- слоя накипи

λ

4
R  ^δ3 3

_ 0,01

2

 0,005

(м² К)

;

Вт

Коэффициент теплопередачи стенки

при наличии накипи со стороны воды

h_б
R₁  R₂

1

• 
  R₃
  



• 
  R₄
  

Определяем количество теплоты
_ 1 _

0,0167  0,001  0,00024  0,005

 43,6 ^Вт ;

( м² К)

q_б h_б(t_f1

• 
  t_f2
  

)  43,6(850  150)  30520 ^Вт

_м2

или 78% от случая «а».

Рассчитываем температуру слоёв стенки

t_w1  t_f1  q_бR₁  850  30520  0,0167  340,3 ⁰C;


w

2
t  t_f1  q_б(R₁  R₃ ) 850  (0,0167  0,00024)  333 ⁰С;

t_w3  t_f1  q_б(R₁  R₃  R₄ )  1200  30520 (0,0167  0,00024  0,005)  180,4 ⁰C.

Произведём расчеты для случая «в» - стенка стальная со стороны воды покрыта слоем накипи, на накипи дополнительно слой масла.

Термическое сопротивление

- от газов к стенке

α

1
R ¹

1

 ¹  0,0167

60

( м² К)

;

Вт

- от стенки к кипящей воде

α

2
R ¹

2

 ¹  0,001

1000

( м² К)

;

Вт

- стальной стенки котла

λ

3
R  ^δ2 2

_ 0,012

50

 0,00024

( м² К)

;

Вт

- слоя накипи

λ

4



R  ^δ3 3

_ 0,01

2

 0,005

(м² К)

;

Вт

λ

5
R  ^δ4 4

_ 0,001

0,1
 0,01
(м² К)

;

Вт

- слоя масла

Определяем коэффициент теплопередачи стенки для случая «в»

h_в
R₁  R₂

1

 R₃
 R₄
 R₅

 ¹ 

0,0167  0,001  0,00024  0,005  0,01

 30,4

Вт _; ( м² К)

Находим количество теплоты

q_в h_в(t_f1

• 
  t_f2
  

)  30,4(850  150)  21280 ^Вт

_м2

(54,4% от случая «а»).

Температура слоёв стенки

t_w1  t_f1  q_вR₁  850  21280  0,0167  494,6 ⁰C;


w

2
t  t_f1  q_в(R₁  R₃ )  850  21280(0,0167  0,00024)  443,6 ⁰С;

t_w3  t_f1  q_в(R₁  R₃  R₄ )  850  21280(0,0167  0,00024  0,005)  337,2 ⁰С;

t_w4  t_f2  q_вR₂  150  21280  0,001  173,3 ⁰С.

Случай «г» - стенка стальная со стороны воды покрыта слоем накипи, на накипи слой масла, со стороны газов на стенке слой сажи.

Термическое сопротивление

- от газов к стенке

α

1
R ¹

1

 ¹  0,0167

60

( м² К)

;

Вт

- от стенки к кипящей воде

α

2
R ¹

2

 ¹  0,001

1000

( м² К)

;

Вт

- стальной стенки котла

λ

3
R  <sup>δ2

2</sup>

_ 0,012

50

 0,00024

( м² К)

;

Вт

λ

4
- слоя накипи

R  ^δ3 3

_ 0,01

2

 0,005

(м² К)

;

Вт

λ

5
R  ^δ4 4

_ 0,001

0,1
 0,01

(м² К)

;

Вт

• 
  слоя масла
  

• 
  слоя сажи
  

λ

6
R  ^δ1

1

_ 0,001

0,2

 0,005

(м² К)

.

Вт

Определяем коэффициент теплопередачи стенки

h_г

R₁  R₂
 R₃

1

 R₄
 R₅



 R₆

1

 26,4
Вт _.

^{0,0167  0,001  0,00024  0,005  0,01  0,005} (м² К)

Находим количество теплоты

q_г h_г(t_f1

• 
  t_f2
  

)  26,4(850  150)  18480 ^Вт

_м2

(47,2% от случая «а»).

Определяем температуру слоёв стенки

t_w5  t_f1  q_гR₁  850 - 18 480 0,0167  541,4 ⁰ C;

t_w1  t_f1  q_г (R₁  R₆ )  850 - 18  480 (0,0167+0,005)  ⁰ C

t_w2  t_f1  q_г(R₁  R₆  R₃ ) 850 - 18 480 (0,0167+0,005+0,00024) =444,5 ⁰ C

t_w3  t_f2  q_г(R₂  R₅ ) 150+18480 (0,001+0,01) =353,3 ⁰ C

t_w4  t_f2  q_гR₂ 0,001 =168,5 ⁰ C.