Паропровод с наружным диаметром 
и внутренним 
покрыт двумя слоями тепловой изоляции с наружными диаметрами 
и 
. Внутренний слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности 
; наружный – из материала с 
. Коэффициент теплопроводности стенки паропровода 
. Температура пара 
и окружающего воздуха 
. Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке 
; от стенки к воздуху - 
.
Определить линейный коэффициент теплопередачи 
линейную плотность теплового потока 
, общее линейное термическое сопротивление теплопередачи и температуры всех поверхностей.
Построить температурный график в d,t и R,t – координатах.
Примечание: задачу решать при условии, что длина паропровода значительно больше его толщины; лучистым теплообменом пренебречь.
Объяснить физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина.
Исходные данные:
| Изм. |
| Кол.уч |
| № док. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| Лист |
Решение
1. Коэффициент теплопередачи:
2. Линейная плотность теплового потока:
3. Полное термическое сопротивление
4. Температуры поверхностей:
Температуры поверхностей соприкосновения паропровода со слоями изоляции найдем из уравнений плотности теплового потока:
а)
| Изм. |
| Кол.уч |
| № док. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| Лист |
от пара к внутренней поверхности паропровода по закону Ньютона -Рихмана:
б) от внутренней к наружной поверхности паропровода, обусловленная теплопроводностью по закону Фурье:
в) от наружной поверхности паропровода к первому слою изоляции по закону Фурье:
г) от первого слоя изоляции ко второму по закону Фурье:
Отсюда необходимые значения температур равны:
5. Термическое сопротивление:
а) от газа к поверхности трубы:
| Изм. |
| Кол.уч |
| № док. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| Лист |
б) стенки:
в) первого изолятора:
г) второго изолятора:
д) от второго изолятора к окружающей среде:
Ответ:
{здесь будет график}
{здесь будет график}
| Изм. |
| Кол.уч |
| № док. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| Лист |
Заключение
Коэффициент теплоотдачи α характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа плотности, вязкости и теплопроводности), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и т.д.).
Коэффициент теплопередачи k характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (ее толщина и теплопроводность).
Разница между теплоотдачей α и теплопередачей k состоит в следующем. Суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде. Коэффициенты теплоотдачи описывают отдельные стадии этого суммарного теплопереноса на стадии среда-стенка. А коэффициент теплопередачи описывает суммарный теплоперенос в целом со всеми его стадиями. По этой причине вначале всегда рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α, а затем через них рассчитывается коэффициент теплопередачи k.
| Изм. |
| Кол.уч |
| № док. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| Лист |
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузовлев В. А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.
2. Луканин В. Н., Шатров М. Г., Камфер Г.М. Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1999.
3. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977.
4. Чепикова Т.П., Теплотехника. Расчет и анализ газового цикла - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2010.
5. Чепикова Т.П., Теплотехника. Основы теплообмена - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2005.