Газы при температуре tж1 передают через стенку площадью F теплоту воде, имеющей температуру tж2. Коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке 1, и от стенки к воде 2.Определить все термические сопротивления, коэффициент теплопередачи и тепловой поток, передаваемый от газов к воде для случаев :
а) стенка чистая толщиной ст;
б) стенка покрыта со стороны воды слоем накипи толщиной н и со стороны газов-слоем сажи толщиной с.
Найти также для случая б) температуры всех слоев стенки расчетным и графическим способами и нарисовать температурный график. Данные для решения взять из таблицы 5.2.
Исходные данные.
Материал стенки tж1, С F,м2 tж2, С ст,
мм 1, Вт/(м2К) 2, Вт/(м2К) н,
мм с,
мм
чугун 600 5, 0 170 10 50 1500 1 0,5
Решение
А) чистая чугунная стенка
Термические сопротивления:
-поверхность , омываемая газами :R1=1/1=1/50=0,02 м2*К/Вт
-чугунная стенка : Rст= ст /ст
где ст=90 Вт/(м*К) –коэффициент теплопроводности чугуна, Приложение1.
Rст=0,01 /90=1,111*10-4 м2*К/Вт
- поверхность , омываемая водой :R2=1/2=1/1500=6,667*10-4 м2*К/Вт
Суммарное термическое сопротивление
Rt=R1+Rст+ R2 =0,02+1,111*10-4+6,667*10-4=0,0208 м2*К/Вт
Коэффициент теплопередачи k=1/ Rt=1/0,0208=48,13 Вт/(м2*К)
Тепловой поток через стенку
Q= k*F*(tж1- tж2), Вт
Q= 48,13*5,0*(600-170)=103475,8Вт103,5 кВт
б) загрязненная стенка
Термические сопротивления R1,Rст и R2 соответствуют случаю а).
Дополнительные термические сопротивления :
- со стороны накипи Rн= н /н
где н=1,75 Вт/(м*К) –коэффициент теплопроводности накипи, по справочным данным Приложение 1 ,
Rн=0,001/1,75=5,714*10-4 м2*К/Вт
- со стороны сажи Rс= с /с
где с=0,09 Вт/(м*К) –коэффициент теплопроводности сажи, по справочным данным Приложение 1
Rс= с /с=0,0005/0,09=0,00556м2*К/Вт
Суммарное термическое сопротивление
Rtз=R1 +Rс+Rст+ Rн+R2 =0,02+0,00556+1,111*10-4+5,714*10-4+6,667*10-4=
=0,0269 м2*К/Вт
Коэффициент теплопередачи kз=1/ Rtз=1/0,0269=37,17 Вт/(м2*К)
Тепловой поток через стенку
Qз= kз*F*(tж1- tж2), Вт
Qз= 37,17*5,0*(600-170)=79911,5Вт 79,91 кВт
Удельный тепловой поток через 1 м2 стенки :
qз= kз* (tж1- tж2), Вт/ м2
qз = 37,17*(600-170)=15982,30 Вт / м2
Теоретический расчет температур слоев стенки
tс1= tж1- q/1=600-15982,3/50=280,35°С
tс2= tс1- q* Rс=280,35-15982,3 *0,00556=191,49°С
tс3= tс2- q* Rст=191,49-15982,3 * 1,111*10-4=189,71°С
tс4= tж2 + q/2=170+15982,3 /1500=180,65°С
Для графического расчет температур слоев стенки воспользуемся уравнением температурного поля для теплопередачи через плоскую стенку для общего случая
t=tci-*х
где х-координата в температурном поле между i-м и (i+1)-м сопротивлением ,
В частном случае х=i- координата на границе, примыкающая к соседнему слою.
Формула взята в соответствии с источником :
В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел « Теплопередача», издание 3-е, переработанное и дополненное, стр.27, формула (2-11).
Определим графически значения неизвестных температур и построим температурный график.
Заказать работу
на новый заказ в Автор24.
