курсовая. Курсовая теплофизика. Курсовой проект по дисциплине Теплофизика Тема Определение безопасного расстояния между объектами по условиям пожарной безопасности
 Скачать 74.23 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Института гидротехнического и энергетического строительства Кафедра комплексной безопасности в строительстве Курсовой проект по дисциплине «Теплофизика» Тема: «Определение безопасного расстояния между объектами по условиям пожарной безопасности»
Москва,2022 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ИГЭС Институт Гидротехнического и Энергетического строительства Кафедра комплексной безопасности в строительстве Дисциплина Теплофизика ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ) ФИО обучающегося Лукьянова Арина Александровна Курс, группа ИГЭС 2-37 Тема курсового(-ой) проекта (работы) «Определение безопасного расстояния между объектами по условиям пожарной безопасности» Исходные данные к курсовому(й) проекту (работе) _____________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Содержание текстовой части (перечень подлежащих решению задач)_______________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Перечень графического материала (с указанием обязательных материалов)________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ График выполнения курсового(й) проекта (работы):
Дата выдачи задания _______________________________________________________________ Срок представления КП/КР руководителю – последняя неделя периода теоретического обучения семестра Обучающийся Лукьянова А.А. ___________________ (подпись) Руководитель Пузач С.В. ____________________ (подпись) МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт (филиал) ИГЭС Кафедра комплексной безопасности в строительстве КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА) по дисциплине «Теплофизика» Тема: «Определение безопасного расстояния между объектами по условиям пожарной безопасности»
Москва / Мытищи 2022г. СодержаниеТеоретическая часть Основные понятия и определения 5 Основные законы теплового излучения 8 Закон Планка 8 Закон Вина 9 Закон Стефана-Больцмана 10 Закон Ламберта 10 Закон Кирхгофа 11 Законы лучеиспускания газов 11 Теплообмен излучением между телами 12 Практическая часть Исходные данные 13 Решение задачи 13 Литература 16 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Тепловое излучение (радиационный теплообмен) – способ переноса теплоты в пространстве, осуществляемый в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло. Радиационный теплообмен связан с двойным преобразованием энергии и происходит в три этапа: 1) первоначально внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного излучения (энергию фотонов или квантов); 2) затем лучистая энергия переносится электромагнитными волнами в пространстве, которые в однородной и изотропной среде и в вакууме распространяются прямолинейно со скоростью света (в вакууме скорость света равна 3108 м/c), подчиняясь оптическим законам преломления, поглощения и отражения; 3) при взаимодействии с веществом, происходит переход лучистой энергии во внутреннюю энергию тела путем поглощения фотонов. Тепловому излучению соответствует интервал длин волн мкм (1 мкм = 10–6м), поскольку основная доля лучистой энергии в теплотехнических агрегатах передается именно в этом диапазоне длин волн. Заметим, что видимые световые лучи имеют длину волны мкм, а к инфракрасному или тепловому излучению в общем случае относят диапазон длин волн мкм. Спектром излучения называют распределение лучистой энергии по длине волны E f(), где E, Вт/м3 – спектральная плотность теплового потока собственного излучения (спектральная лучеиспускательная способность тела). У большинства твердых тел спектры сплошные. У газов и полированных металлов спектры линейчатые или селективные. Теплообмен излучением имеет ряд отличий от кондуктивного и конвективного теплообмена: 1) тепловое излучение вещества зависит от температуры тела (степени нагретости вещества), поэтому все тела (твердые тела, жидкости и поглощающие лучистую энергию газы) с температурой выше нуля по шкале Кельвина обладают собственным тепловым излучением; 2) для передачи теплоты излучением не требуется тело-посредник, т.е. лучистая энергия может передаваться и в вакууме; 3) при температурах от 0°С до 100°С лучистая и конвективная (при свободной конвекции) составляющие теплообмена имеют один порядок; в высокотемпературных энергетических (например, парогенераторах) и высокотемпературных теплотехнологических (например, металлургических печах) лучистый теплообмен является доминирующим в суммарном теплопереносе от горячего источника к приемнику тепловой энергии; 4) в расчетах необходимо учитывать особенности поверхностного излучения (твердые тела) и объемного излучения (излучающие и поглощающие газы). Лучеиспусканием (излучением) называют процесс превращения внутренней энергии тела в лучистую энергию (энергию излучения). Носителями лучистой энергии являются электромагнитные волны, распространяющиеся в вакууме со скоростью со = 300·106 м/с и характеризующиеся длиной волны λ. В зависимости от длины волны различают γ-излучение (λ = 5 ·10-11 10-9 мм), рентгеновское (λ = 10-9 2·10-5 мм), ультрафиолетовое (λ = 2·10-5 4·10-4 мм), видимое (λ = 4·10-4 8·10-4 мм), инфракрасное или тепловое (λ = 8·10-4 0,8 мм), радиоволны (λ > 0,2 мм). Природа всех этих видов излучения одинакова. Всякое тело, если его температура отлична от абсолютного нуля, непрерывно испускает собственное излучение. Количество излучаемой энергии зависит от физических свойств тела и его температуры. В зависимости от спектра излучения различают непрерывное и селективное (избирательное) лучеиспускание. Большинство твердых и жидких тел имеют непрерывный спектр излучения – они излучают волны всех длин от малых до больших. Газы имеют селективный спектр излучения – их излучение характеризуется определенными диапазонами длин волн. Излучение, соответствующее достаточно узкому диапазону dλ длин волн, которое можно характеризовать одним значением длины волны, называют монохроматическим излучением. Общее количество лучистой энергии, испускаемой с участка поверхности тела площадью dF в единицу времени, называется лучистым потоком dQ, Вт. Лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности по всем направлениям полусферического пространства (полусферы), называется поверхностной плотностью потока излучения Е (размерность Вт/м2 ): E=dQ/dF (1) Лучистый поток, исходящий со всей поверхности тела, равен: Q EdF,(2) Распределение лучистой энергии (излучения) по отдельным длинам волн спектра излучения характеризуется спектральной интенсивностью излучения Еλ (размерность Вт/м3 ): E=dE/dλ(3) где dE – плотность потока излучения, приходящаяся на интервал длин волн от λ до λ + dλ из формулы (3) E=Ed(4) Переносом лучистой энергии называют процесс ее распространения. Характер этого процесса определяется физическими свойствами среды и спектральным составом излучения. Поглощением лучистой энергии называют процесс превращения во внутреннюю энергию тела части лучистой энергии, попавшей на поверхность этого тела. Поглощение, так же как и излучение, присуще всякой вещественной среде. Попавшая на тело лучистая энергия частично поглощается, частично отражается от него, а частично проходит сквозь тело без превращения в другие виды энергии. Для всякого тела, участвующего в теплообмене излучением с другими телами, можно записать следующее уравнение теплового баланса: Пусть Q количество лучистой энергии, падающей на тело. В общем случае часть энергии QA, поглотится телом, часть QR, отразится, а часть, QD, пройдет сквозь тело. Уравнение баланса энергии имеет вид Q = QA + QR + QD. Разделив обе части равенства на Q и обозначив А = QA/Q, R = QR/Q, D = QD/Q, получим A + R + D = 1. Здесь А – поглощательная способность тела; R – отражательная способность тела; D – пропускательная способность тела. В предельных случаях A = 1 (R = D = 0) – абсолютно черное тело; R = 1 (A = D = 0) – абсолютно белое тело; D = 1 (A = R = 0) – абсолютно прозрачное тело. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее, понятие о них является важным для сравнения излучательной способности реальных тел. Оконное стекло прозрачно для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых почти непрозрачно. Белая поверхность (ткань, краска) хорошо отражает лишь видимые лучи, а тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная. Свойство тел поглощать или отражать тепловые лучи зависит в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета. Основные законы теплового излучения. Закон Планка. Устанавливает зависимость интенсивности излучения абсолютно черного тела от температуры Т и длины волны l:  где C1 = 3,74×10-16 Вт/м2; C2 = 1,44×10-2 м×К. Графическое представление закона Планка  показано на рисунке. Из приведенных на графике изотерм видно, что интенсивность излучения вначале, в области коротких волн, быстро возрастает до максимума, а затем медленно убывает, не достигая нулевого значения даже при наибольших длинах волн, еще соответствующих тепловому излучению. На графике заштрихованная площадь, ограниченная изотермой, соответствующей длинам волн l и l + dl, определяет количество энергии, излучаемой с единицы поверхности тела в единицу времени при температуре Т в интервале длин волн dl. Иначе говоря, математическое выражение для заштрихованного элемента площади Еl0dl = dE0. Полное количество энергии, которую излучает абсолютно черное тело во всем спектре длин волн, будет равно  и может быть графически изображено в виде площади под соответствующей изотермой.Реальные тела не поглощают всей падающей на нихлучистой энергии, имеют А < 1 и являются нечерными. В свою очередь все нечерные тела могут быть разделены по характеру спектра поглощения (излучения) на серые тела и тела с селективным излучением. Серым называется тело, имеющее сплошной спектр излучения, подобный спектру излучения черного тела,но при меньших значениях интенсивности излучения. Отношение энергии Е, излучаемой серым телом, имеющим температуру Т,к энергии излучения абсолютно черного тела Е0при той же температуре называется степенью черноты  : = Е/Е0.Ксерым телам может быть отнесено большинство твердых тел и капельных жидкостей. Тела с селективным излучением могут излучать и поглощать энергию лишь в определенных, характерных для каждого тела, областях спектра, имеют полосовой спектр излучения. Селективными свойствами обладают многие газы и пары. Закон Вина. Длину волны, которой соответствует максимум теплового излучения, можно определить из условия Еl0 /dl = 0. При этом получается: lmaxТ = 2,9×10-3 м×К. Это уравнение выражает закон смещения Вина, формулируемый следующим образом: с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. Приближенно закон Вина используют и применительно к серым телам. Закон Стефана-Больцмана. Он определяет зависимость излучательной способности абсолютно черного тела от температуры. Согласно закону Стефана-Больцмана, величина Е0прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени: Е0 = s0Т4, где s0 – константа излучения абсолютно черного тела, численно равная 5,67×10-8 Вт/(м2×К4). Для практических расчетов это уравнение используют в другой, более удобной форме, имеющей вид Е0 = С0 (Т/100)4, где С0 = 5,67 Вт/(м2×К4) коэффициент излучения абсолютно черного тела. Для серых тел также можно пользоваться приведенной формулой, но с другим (меньшим) коэффициентом излучения С, т. е. Е = С (Т/100)4 = ×С0(Т/100)4,где e – степень черноты. Степень черноты показывает, насколько данное тело приближается по своим излучательным свойствам к абсолютно черному; она зависит от состояния поверхности тела (прежде всего шероховатости) и ее температуры. Значения e для различных тел приводятся в справочной литературе. Закон Ламберта. С помощью закона Стефана-Больцмана можно определить общее количество энергии, излучаемой телом по всем направлениям. Однако распределение этой энергии по различным направлениям оказывается неодинаковым. Согласно закону Ламберта количество энергии Еj излучаемой телом в направлении, составляющем с нормалью к поверхности угол j, определяется по уравнению Еj = Епcos(j), где Еп – количество энергии, излучаемой в направлении нормали к поверхности тела (j = 0). Интегрирование этого уравнения дает соотношение Е = p×Еп, т. е. полная лучеиспускательная способность тела в p раз больше лучеиспускательной способности тела в направлении нормали. Опыт показывает, что закон Ламберта строго справедлив только для абсолютно черного тела. У серых тел этот закон подтверждается лишь в пределах j = 0-60°. Закон Кирхгофа. Закон устанавливает связь между излучательной и поглощательной способностью тела. Закон может быть сформулирован так: отношение лучеиспускательной способности к поглощательной для всех тел одинаково и равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре. Математическое выражение закона Кирхгофа: Е1/А1 = Е2/А2 =…= Е0/А0 = Е0. Из закона следует, что Е/Е0 = А, а так как = Е/Е0, можно сформулировать закон Кирхгофа иначе: поглощательная способность и степень черноты тела численно равны между собой. Из закона Кирхгофа следует, что лучеиспускательная способность тел тем больше, чем больше их поглощательная способность. Тела, которые хорошо отражают лучистую энергию, сами излучают очень мало. Поэтому в тех случаях, когда хотят уменьшить потери теплоты каким либо аппаратом, его поверхность обрабатывают так, чтобы она имела наименьшее значение .Законы лучеиспускания газов. Эти законы значительно отличаются от законов лучеиспускания твердых тел. Одно- и двухатомные газы практически являются прозрачными телами; их излучательная и поглощательная способность ничтожна. Спектр излучения и поглощения многоатомных газов (NH3, СО2, Н2О и др.) имеет селективный характер; эти газы излучают и поглощают энергию лишь в определенных интервалах длин волн. В отличие от твердых тел излучение и поглощение энергии газами происходит не в поверхностном слое, а во всем объеме. При этом по мере прохождения тепловых лучей через многоатомные газы их энергия уменьшается. Это ослабление зависит от рода газов, температуры и числа находящихся на пути луча молекул. Число молекул пропорционально толщине слоя газа l и плотности газа (т. е. парциальному давлению рi). Излучение газов не подчиняется закону Стефана-Больцмана. Однако для технических расчетов условно принимают, что интегральное излучение газов, как и излучение твердых тел, пропорционально четвертой степени их абсолютной температуры: Ег = г×С0(Т/100)4,где г – степень черноты газов, г = f(pi, l, T).Теплообмен излучением между телами. Теплообмен излучением между плоскопараллельными поверхностями. Рассмотрим две бесконечно большие плоскопараллельные поверхности из разнородных материалов разделенные прозрачной средой. Для одной поверхности степень черноты 1 и температура Т1, а для другой 2 и Т2. Пусть Т1 > Т2.Тогда собственное излучение: для первой пластины  ; для второй пластины  .Результирующая излучательная способность первой пластины на вторую  ] , где  – приведенная степень черноты Практическая часть Исходные данные: d = 20 m l =10 m Tф = 1300 К  0,4 Tдоп = 810 К Qкр =250 вт/м2   Решение задачи Вычисление приведённой степени черноты системы факел-объект:   Решение задачи методом последовательного приближения. Определение величины  для каждого расстояния r.   Задаёмся несколькими расстояниями r между зданиями. r1 = 20 m r2 = 30 m r3 = 40 m    Найдём полный коэффициент облучённости     Подсчёт для каждого найденного  величину плотности теплового потока излучения по формуле:    Построение графика  Для построения графика
 Определение безопасного расстояния при кратковременном и при длительном тепловом воздействии. Из графика следует, что при кратковременном тепловом воздействии при   , при длительном тепловом воздействии при  Вт/м2  м, при   . Литература Учебник/Теплотехника/ Ю.А. Кошмаров, С.В. Пузач, О.С. Лебедченко//Москва, 2017 Тепломассообмен Бухмиров В.2014 Теплообмен излучением https://helpiks.org/9-53335.html Теплообмен излучением https://studopedia.ru/8_163494_teploobmen-izlucheniem-mezhdu-telami-razdelennimi-prozrachnoy-sredoy.html Теоретические основы теплотехники. Теплопередача. Л.С. Коновалова, Ю.А. Загромов 2001 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Председатель аттестационной комиссии
=7839 Вт/м2
m
=3255 Вт/м2
m
=1953 Вт/м2
m
=375 Вт/м2
=1680 Вт/м2
=840 Вт/м2