- •Л.С. Коновалова, ю.А. Загромов теоретические основы теплотехники. Теплопередача
- •Введение
- •1. Основные понятия и определения
- •1.1. Способы переноса теплоты
- •1.2. Температурное поле. Градиент температуры. Тепловой поток
- •1.3. Законы переноса теплоты
- •1.4. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •1.5. Условия однозначности
- •Контрольные вопросы и задания
- •2. Теплопроводность и теплопередача при стационарном режиме
- •2.1. Теплопроводность плоской стенки при граничных условиях первого рода
- •2.2. Теплопроводность цилиндрической стенки при граничных условиях первого рода
- •2.3. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок при граничных условиях третьего рода (теплопередача)
- •2.4. Критический диаметр тепловой изоляции
- •Контрольные вопросы и задания
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3. Теплопроводность тел с внутренними источниками тепла при стационарном режиме
- •3.1. Теплопроводность однородной пластины
- •3.2. Теплопроводность однородного цилиндрического стержня
- •3.3. Теплопроводность цилиндрической стенки
- •Контрольные задания
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Решение
- •4. Теплообмен излучением
- •4.1. Теплообмен излучением между твердыми телами, разделенными диатермичной средой
- •4.1.1. Основные понятия и законы теплового излучения
- •4.1.2. Связь лучистых потоков
- •4.1.3. Теплообмен излучением между двумя телами, произвольно расположенными в пространстве
- •4.1.4. Теплообмен излучением между двумя бесконечными параллельными пластинами
- •4.1.5. Теплообмен излучением между двумя телами, одно из которых расположено внутри другого
- •4.2. Особенности излучения газов
- •Контрольные вопросы, задания и задачи для самостоятельного решения
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •5. Теплопередача со сложным теплообменом на поверхностях стенки при стационарном режиме. Интенсификация теплопередачи
- •5.1. Теплопередача через плоскую стенку со сложным теплообменом
- •5.2. Теплопередача через цилиндрическую стенку со сложным теплообменом
- •5.3. Интенсификация теплопередачи
- •5.3.1. Теплоотдача поверхности с прямыми ребрами
- •5.3.2. Теплоотдача оребренных труб
- •5.3.3. Теплопередача через оребренные стенки
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •6. Дифференциальные уравнения теплообмена и основы теории подобия и моделирования процессов
- •6.1. Дифференциальные уравнения теплообмена
- •6.2. Основы теории подобия
- •6.3. Моделирование теплоотдачи
- •6.4. Физические особенности процесса теплоотдачи
- •4. Теплофизические свойства жидкости
- •5. Геометрические размеры, форма, ориентация поверхности теплообмена
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •7. Теплоотдача в однофазной среде
- •7.1. Теплоотдача при свободном движении жидкости
- •7.2. Теплоотдача при продольном омывании поверхности вынужденным потоком жидкости
- •7.3. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах и каналах
- •7.4. Теплоотдача при поперечном обтекании труб
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •8. Теплоотдача при фазовых превращениях
- •8.1. Теплоотдача при кипении
- •8.2. Теплоотдача при конденсации
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •9. Теплообменные аппараты
- •9.1. Классификация теплообменников
- •9.2. Основные уравнения для расчета теплообменников
- •9.3. Расчет теплообменников
- •Прямоток
- •Контрольные вопросы и задания
- •Пример решения задачи
- •Решение
- •Литература
- •Оглавление
Задачи для самостоятельного решения
Задача № 1. Стены сушильной камеры выполнены из красного кирпича толщиной δ1=250мм с коэффициентом теплопроводности λ1=0,7 Вт/м· К и слоя строительного войлока с коэффициентом теплопроводности λ2=0,0405 Вт/м ·К. Температура наружной поверхности кирпичного слоя t1=110oC, наружной поверхности войлочного слоя t3=25oC.
Определить температуру плоскости соприкосновения слоев t2 и толщину войлочного слоя δ2 при условии, что тепловые потери камеры не превышают q=110 Вт/м2.
Каков эффективный (средний) коэффициент теплопроводности двухслойной стенки?
Примечание. Расчетные формулы для решения данной задачи содержатся в разделе 2.1 настоящего пособия.
Ответы: t2=70,7оС; δ2=16,8мм; λэф=0,326 Вт/ м · К.
Задача № 2. Паропровод диаметром d2 / d1 =160/150 мм покрыт слоем тепловой изоляции толщиной δ=100 мм; коэффициент теплопроводности стенки трубы λ1=50 Вт/ м· К, изоляции λ2=0,08 Вт/м· К. Температура внутренней поверхности трубопровода t1=400оС, наружной поверхности изоляции t3=50оС.
Найти тепловые потери на 1 м длины паропровода (Q , Вт/м) и перепады температур на трубе (t1- t2) и на слое изоляции (t2- t3).
Примечание. Расчетные формулы содержатся в разделе 2.2.
Ответы: Q =216,8 Вт/м; t1- t2=0,045оС; t2- t3=349,95оС.
Задача № 3. Определить потерю теплоты с 1 м длины трубопровода (Q , Вт/м) диаметром d2 / d1 =165/150 мм, покрытого слоем изоляции толщиной δ=60 мм. Коэффициент теплопроводности трубы λ1=50 Вт/м· К, изоляции λ2=0,15 Вт/м ·К. Температура воды в трубопроводе коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы =1000 Вт/ (м2· К), температура окружающего воздуха коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху =8 Вт/ м2· К.
Рассчитать также температуру наружной поверхности изоляции (tиз).
Сравнить Q с потерями теплоты от оголенного трубопровода (Q ΄) при условии одинакового .
Рассчитать потери теплоты от оголенного трубопровода (Q ΄΄) по приближенной формуле (для плоской стенки толщиной ) и определить относительную погрешность расчета
Примечание. Все необходимые расчетные формулы содержатся в разделе 2.3.
Ответы: Q =145,4 Вт/м; tиз=5,3оС; Q ΄=430,9 Вт/м; Q ΄΄=431,2Вт/м δ=0,07 %.
Задача № 4. Можно ли использовать асбест с коэффициентом теплопроводности λ=0,11 Вт/ м ·К для теплоизоляции трубопровода с d2=20 мм, если коэффициент теплоотдачи =8 Вт/ м2·К?
Каким должен быть максимальный коэффициент теплопроводности изоляции, используемой для этой цели?
Примечание. Расчетные формулы содержатся в разделе 2.4.
Ответы: Нельзя, т.к. d2<dкр=27,5 мм;
3. Теплопроводность тел с внутренними источниками тепла при стационарном режиме
Примеры процессов с внутренним тепловыделением: выделение джоулевой теплоты при прохождении электрического тока по проводникам; объемное выделение теплоты в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов; выделение теплоты при протекании ряда химических реакций и т.д.
Важной исходной величиной для расчета теплопроводности в телах с внутренними источниками теплоты является плотность объемного тепловыделения
где Q, Вт – теплота, выделяемая за 1с; V, м3 – тепловыделяющий объем.
Для проводников электрического тока выделяемая джоулевая теплота равна электрической мощности (Q=N), а плотность объемного тепловыделения