Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методич пособ.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2025

Размер:

7 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 148 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

2. Тепловые процессы

Основы теплопередачи Методические указания

Теплообменом называется процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими различную температуру. Тела, участвующие в теплообмене называются теплоносителями.

Теплота от одного тела к другому может передаваться теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. В технике зачастую приходиться иметь дело с сочетанием 2^х или 3^х способов передачи тепла. При решении задач следует понять, каким способом передается тепло, с тем, чтобы правильно выбрать уравнения для расчета.

Необходимо помнить, что процесс передачи теплоты от горячего теплоносителя к холодному через стенку называется теплопередачей, а перенос теплоты от поверхности твердого тела к газообразной или жидкой среде (или наоборот) называется теплоотдачей.

Примеры

Пример 2.1.1. Плоскую поверхность с температурой t_г °С надо изолировать теплоизоляционным материалом так, чтобы потери теплоты не превышали q Вт/м² при температуре на внешней поверхности изоляции t_х °С. Найти толщину изоляции.

РЕШЕНИЕ

Необходимо использовать уравнение теплопроводности для установившегося теплового потока через однослойную плоскую стенку:

где Q – тепловой поток (расход теплоты), Вт;

F – площадь поверхности стенки, м²;

t_г и t_х – температуры горячей и холодной поверхности стенки, °С;

δ – толщина стенки, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/м ^. К;

– удельный тепловой поток, Вт/м².

Коэффициент теплопроводности материала находим из таблицы 7, а коэффициент теплопроводности жидких веществ и водных растворов – из таблицы 8.

Из уравнения (2.1) находим необходимую толщину изоляции

, [м].

Решая задачи такого типа, следует иметь ввиду, если стенка будет многослойной, то следует использовать уравнение

Таблица 7 – Коэффициенты теплопроводности материалов при 0-100°С

Материал	Плотность (насыпная), кг/м³	Коэффициент теплопроводности
Материал	Плотность (насыпная), кг/м³	Вт/(м ^. К)	ккал/(м ^. ч ^. град)
Асбест	600	0,151	0,13
Бетон	2300	1,28	1,1
Винипласт	1380	0,163	0,14
Войлок шерстяной	300	0 Продолжение табл. 7 ,047	0,04
Дерево (сосна) поперек волокон	600	0,140-0,174	0,12-0,15
Дерево (сосна) вдоль волокон	600	0,384	0,33
Кладка из обыкновенного кирпича	1700	0,698-0,814	0,6-0,7
Кладка из огнеупорного кирпича	1840	1,05	0,9^{^*}
Кладка из изоляционного кирпича	600	0,116-0,209	0,1-0,18
Краска масляная	-	0,233	0,2
Лед	920	2,33	2
Литье каменное	3000	0,698	0,6
Магнезия 85% в порошке	216	0,070	0,06
Накипь, водяной камень	-	1,163-3,49	1-3
Окалина	-	1,16	1
Опилки древесные	230	0,070-0,093	0,06-0,08
Пенопласт	30	0,047	0,04
Песок сухой	1500	0,349-0,814	0,3-0,7
Пробковая мелочь	160	0,047	0,04
Совелит	450	0,098	0,084
Стекло	2500	0,698-0,814	0,6-0,7
Стеклянная вата	200	0,035-0,070	0,03-0,06
Текстолит	1380	0,244	0,21
Торфоплиты	220	0,064	0,055
Фаолит	1730	0,419	0,36
Шлаковая вата	250	0,076	0,065
Эмаль	2350	0,872-1,163	0,75-1,0
М Е Т А Л Л Ы
Алюминий	2700	203,5		175
Бронза	8000	64,0		55
Латунь	8500	93,0		80
Медь	8800	384		330
Свинец	11400	34,9		30
Сталь	7850	46,5		40
Сталь нержавеющая	7900	17,5		15
Чугун	7500	46,5-93,0		40-80

Таблица 8 – Теплопроводность жидких веществ и водных растворов

Коэффициент пересчета в систему СИ: ккал / м ^. ч ^. град ^. 1,16 = вт / м ^. К

Вещество	Теплопроводность, ккал / м ^. ч ^. град
Вещество	при –20 °С	при 0 °С	при 20 °С	при 40 °С	при 60 °С	при 80 °С	при 100 °С	при 120 °С
Азотная кислота
100%-ная	0,226	0,221	0,216	0,212	0,208	0,205	0,201	0,198
50%-ная	-	0,381	0,394	0,403	0,412	0,416	0,418	0,42
Аммиак жидкий	0,504	0,465	0,426	0,387	0,348	0,309	0,27	0,231
Аммиачная вода 25%-ная	-	0,36	0,386	0,412	0,437	0,463	0,49	0,51
Анилин	-	0,16	0,157	0,154	0,15	0,147	0,144	0,141
Ацетон	0,154	0,15	0,146	0,142	0,138	0,134	0,13	0,126
Бензол	-	0,13	0,126	0,121	0,117	0,112	0,108	0,104
Бутиловый спирт	0,137	0,134	0,132	0,129	0,126	0,123	0,12	0,118
Вода	-	0,474	0,515	0,545	0,567	0,58	0,587	0,59
Гексан	0,118	0,118	0,118	0,118	0,118	0,118	0,118	0,118
Глицерин 50%-ный	-	0,335	0,362	0,391	0,42	0,45	0,48	0,51
Двуокись серы (жидк.)	0,193	0,182	0,171	0,16	0,15	0,139	0,128	0,117
Дихлорэтан	0,125	0,12	0,116	0,112	0,107	0,103	0,098	0,094
Изопропиловый спирт	0,135	0,132	0,13	0,127	0,124	0,121	0,118	0,115
Кальций хлористый (25%-ный раствор)	0,407	0,435	0,464	0,492	0,52	0,548	0,58	0,6
Метиловый спирт
100%-ный	0,186	0,184	0,182	0,179	0,177	0,174	0,172	0,17
40%-ный	-	0,278	0,287	0,295	0,304	0,312	0,32	0,33
Муравьиная кислота	-	0,224	0,221	0,218	0,214	0,211	0,207	0,203
Натр едкий, растворы
50%-ный	-	0,446	0,457	0,465	0,47	0,476	0,479	0,481
40%-ный	-	0,446	0,458	0,467	0,475	0,48	0,483	0,485
30%-ный	-	0,446	0,459	0,469	0,478	0,484	0,487	0,489
20%-ный	-	0,447	0,462	0,473	0,484	0,491	0,494	0,496
10%-ный	-	0,45	0,467	0,48	0,492	0,499	0,503	0,505
Натрий хлористый (20%-ный раствор)	-	0,468	0,497	0,52	0,54	0,555	0,565	0,57
Нитробензол	-	0,132	0,13	0,127	0,125	0,122	0,12	0,1
Октан	0,133	0,132	0,131	0,129	0,127	0,126	0,125	0,124
Олеум 20%-ный	-	0,25	0,26	0,27	0,28	0,29	-	-
Серная кислота					Продолжение табл. 8
98%-ная	-	0,264	0,284	0,294	0,306	0,324	0,334	0,344
92%-ная	0,256	0,276	0,296	0,306	0,324	0,336	0,346	0,356
75%-ная	0,3	0,315	0,33	0,345	0,365	0,385	0,405	0,425
60%-ная	0,33	0,35	0,37	0,38	0,4	0,43	0,45	0,47
Сероуглерод	0,15	0,146	0,142	0,139	0,133	0,129	0,125	0,121
Соляная кислота (30%-ная)	-	0,334	0,362	0,39	0,419	0,45	0,48	0,5
Толуол	0,125	0,121	0,117	0,113	0,11	0,106	0,102	0,098
Уксусная кислота
100%-ная	-	0,152	0,149	0,145	0,141	0,138	0,134	0,13
50%-ная	-	0,27	0,298	0,326	0,355	0,383	0,41	0,44
Фенол (расплавленный)	-	-	0,175	0,177	0,18	0,182	0,184	0,186
Хлорбензол	0,118	0,114	0,111	0,108	0,104	0,1	0,097	0,094
Хлороформ	0,13	0,122	0,114	0,105	0,097	0,088	0,079	0,071
Четыреххлорис-тый углерод	0,113	0,107	0,101	0,095	0,089	0,083	0,077	0,071
Этилацетат	0,15	0,135	0,118	0,101	0,084	-	-	-
Этиловый спирт
100%-ный	0,148	0,147	0,145	0,144	0,142	0,141	0,139	0,137
80%-ный	-	0,163	0,191	0,219	0,247	0,275	0,3	0,33
60%-ный	-	0,215	0,243	0,27	0,298	0,326	0,35	0,38
40%-ный	-	0,3	0,329	0,357	0,385	0,413	0,44	0,47
20%-ный	-	0,384	0,412	0,44	0,467	0,495	0,52	0,55
Этиловый эфир	0,12	0,119	0,118	0,117	0,116	0,115	0,114	0,113

Пример 2.1.2. Стальной паропровод диаметром 150х5 мм имеет на внутренней поверхности температуру t₁ °С. Его надо покрыть двумя слоями изоляции: слой А толщиной δ_А и теплопроводностью λ_А; слой Б толщиной δ_Б и теплопроводностью λ_Б. Длина паропровода L. Вычислить часовую потерю тепла, если температура наружной поверхности изоляции не превышает t₂ °С.

РЕШЕНИЕ

Используем уравнение теплопроводности для многослойной цилиндрической стенки

где L – длина цилиндрической стенки, м;

τ – время, с;

d_н и d_в – наружный и внутренний диаметры каждого цилиндрического слоя, м.

Следует особо обратить внимание на определение внутреннего и наружного диаметра каждого слоя изоляции.

Знаменатель в уравнении (2.3) можем расписать так:

В нашей задаче: d₂ = 0,15 м; d₁ = 0,15 – 2 ^. 0,005 = 0,14 м; d₃ = d₂ + 2 ^. δ_А;

d₄ = d₃ + 2 ^. δ_Б. Теплопроводность стали λ_ст находим из таблицы 7.

Пример 2.1.3. До какой температуры будет нагрет раствор хлористого натрия в количестве G₁ кг/ч, если для его нагрева используется насыщенный водяной пар с Р_абс в количестве G₂ кг/ч. Потери теплоты в окружающую среду составляют Q_п. Начальная температура раствора t_н. Удельную теплоемкость раствора принять равной С_р.

РЕШЕНИЕ

Для составления уравнения теплового баланса необходимо помнить:

а) если теплоноситель не меняет агрегатное состояние, т.е. он либо нагревается, либо охлаждается, тогда

Q = G ^. С ^. (t_н – t_к);

б) если теплоноситель меняет агрегатное состояние (например, испаряется, конденсируется), тогда

Q = G ^. r;

В уравнениях (2.4) и (2.5):

Q – тепловой поток, Вт (Дж /с);

G – расход теплоносителя, кг/с;

C – средняя удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг ^. К; определяется по таблице 9;

t_н и t_к – начальная и конечная температуры теплоносителя, К или °С;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.

В нашей задаче раствор хлористого натрия нагревается от t_н до t_к (теплоноситель не меняет агрегатное состояние). Для нагревания раствора используется насыщенный водяной пар, который конденсируется (меняет агрегатное состояние) и выделившееся тепло расходуется на нагрев раствора и потери тепла в окружающую среду. Таким образом, уравнение теплового баланса

Q = G₂ ^. r = G₁ ^. С_р ^. (t_к – t_н) + Q_п.

Из последнего уравнения может быть найдена температура t_к. Предварительно по давлению насыщенного водяного пара Р_абс из таблиц "Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления" (таблица 10) находим r.

Пример 2.1.4. Определить необходимую поверхность противоточного теплообменника при охлаждении G₁ кг/ч жидкости от температуры t_1н до t_1к. Охлаждающая вода нагревается от t_2н до t_2к. Даны коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂. Толщина стальной стенки δ. Учесть наличие загрязнений ржавчины и накипи _загр. Определить также расход охлаждающей воды. Если теплоносители будут подаваться прямотоком, изменится ли поверхность теплообмена.

РЕШЕНИЕ

Поверхность теплообменника определяется из основного уравнения теплопередачи:

Q = К ^. F ^. Δt_ср,

где Q – тепловой поток, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м² ^. К;

F – теплопередающая поверхность, м²;

Δt_ср – средний температурный напор.

Таблица 9 – Удельная теплоемкость жидких веществ и водных растворов

Коэффициент пересчета в систему СИ: ккал / кг ^. град ^. 4190 = дж / кг ^.^. К

Вещество	Удельная теплоемкость, ккал / кг ^. град
Вещество	при –20 °С	при 0 °С	при 20 °С	при 40 °С	при 60 °С	при 80 °С	при 100 °С	при 120 °С
Азотная кислота
100%-ная	0,415	0,418	0,42	0,425	0,43	0,435	0,44	0,445
50%-ная	-	0,667	0,68	0,693	0,71	0,73	0,74	0,76
Аммиак жидкий	1,08	1,1	1,13	1,16	1,22	1,3	1,37	1,48
Аммиачная вода 25%-ная	-	1,03	1,03	1,04	1,06	1,08	1,1	1,13
Анилин	-	0,477	0,487	0,498	0,508	0,519	0,529	0,54
Ацетон	0,49	0,505	0,52	0,535	0,55	0,566	0,581	0,596
Бензол	-	0,39	0,413	0,436	0,46	0,483	0,506	0,52
Бутиловый спирт	0,47	0,503	0,555	0,607	0,66	0,712	0,765	0,817
Вода	-	1,01	0,999	0,998	1,0	1,0	1,01	1,02
Гексан	0,536	0,536	0,536	0,536	0,536	0,536	0,536	0,536
Глицерин 50%-ный	-	0,85	0,85	0,84	0,84	-	-	-
Двуокись серы (жидк.)	0,313	0,317	0,327	0,342	0,363	0,389	0,42	0,457
Дихлорэтан	0,232	0,253	0,274	0,296	0,317	0,339	0,361	0,382
Изопропиловый спирт	0,525	0,564	0,635	0,706	0 Продолжение табл. 9 ,777	0,847	0,917	0,987
Кальций хлористый (25%-ный раствор)	0,678	0,69	0,702	0,71	0,73	0,74	0,75	0,76
Метиловый спирт
100%-ный	0,569	0,589	0,613	0,637	0,66	0,684	0,708	0,732
40%-ный	-	0,84	0,85	0,86	0,86	0,87	0,88	0,89
Муравьиная кислота	-	0,469	0,49	0,511	0,531	0,552	0,573	0,593
Натр едкий, растворы
50%-ный	-	-	0,773	0,769	0,767	0,765	0,763	0,762
40%-ный	-	0,807	0,817	0,826	0,83	0,832	0,832	0,832
30%-ный	-	0,824	0,84	0,856	0,865	0,869	0,869	0,869
20%-ный	-	0,842	0,862	0,875	0,882	0,886	0,888	0,888
10%-ный	-	0,882	0,9	0,912	0,918	0,922	0,924	0,926
Натрий хлористый (20%-ный раствор)	-	0,941	0,939	0,936	0,931	0,93	0,92	0,92
Нитробензол	-	0,334	0,347	0,36	0,374	0,387	0,4	0,414
Октан	0,526	0,526	0,526	0,526	0,526	0,526	0,526	0,526
Олеум 20%-ный	-	0,326	0,34	0,354	0,368	0,382	0,396	0,41
Серная кислота
98%-ная	-	0,335	0,348	0,361	0,375	0,388	0,402	0,414
92%-ная	0,355	0,366	0,377	0,389	0,4	0,412	0,425	0,436
75%-ная	0,431	0,447	0,463	0,479	0,495	0,51	0,527	0,543
60%-ная	0,505	0,525	0,545	0,565	0,585	0,605	0,625	0,645
Сероуглерод	0,232	0,235	0,238	0,242	0,245	0,248	0,252	0,255
Соляная кислота (30%-ная)	-	0,55	0,59	0,63	0,67	0,72	0,76	0,8
Толуол	0,363	0,385	0,407	0,429	0,451	0,473	0,494	0,506
Уксусная кислота
100%-ная	-	0,45	0,476	0,502	0,527	0,553	0,579	0,605
50%-ная	-	0,73	0,74	0,75	0,76	0,78	0,79	0,8
Фенол (расплавленный)	-	-	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56
Хлорбензол	0,285	0,3	0,315	0,33	0,345	0,36	0,376	0,391
Хлороформ	0,23	0,287	0,244	0,251	0,258	0,265	0,272	0,279
Четыреххлорис-тый углерод	0,194	0,2	0,206	0,213	0,22	0,226	0,233	0,24
Этилацетат	0,424	0,441	0,456	0,475	0,493	0,51	0,527	0,544
Этиловый спирт
100%-ный	0,505	0,547	0,593	0,648	0,708	0,769	0,839	0,909
80%-ный	-	0,64	0,68	0,72	0 Продолжение табл. 9 ,77	0,82	0,87	0,93
60%-ный	-	0,73	0,75	0,79	0,83	0,86	0,9	0,95
40%-ный	-	0,82	0,84	0,87	0,88	0,91	0,94	0,96
20%-ный	-	0,91	0,92	0,93	0,94	0,95	0,97	0,98
Этиловый эфир	0,516	0,528	0,541	0,575	0,633	0,69	0,747	0,803

Таблица 10 – Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

Пересчет в систему СИ: 1ат = 9,81 ^. 10⁴ н /м²

Давление (абсолютное) , ат	Температура, °С	Удельный объем, м³/кг	Плотность, кг/м³	Энтальпия жидкости		Энтальпия пара		Теплота парообразования
Давление (абсолютное) , ат	Температура, °С	Удельный объем, м³/кг	Плотность, кг/м³	i' ^. 10^-3,	i',	i'' ^. 10^-3,	i'',	r ^. 10^-3,	r,
0,01	6,6	131,60	0,00760	27,7	6,6	2506	598,0	2478	591,4
0,015	12,7	89,64	0,01116	53,2	12,7	2518	600,9	2465	588,2
0,02	17,1	68,27	0,01465	71,6	17,1	2526	602,9	2455	585,8
0,025	20,7	55,28	0,01809	86,7	20,7	2533	604,6	2447	583,9
0,03	23,7	46,53	0,02149	99,3	23,7	2539	606,0	2440	582,3
0,04	28,6	35,46	0,02820	119,8	28,6	2548	608,2	2429	579,6
0,05	32,5	28,73	0,03481	136,2	32,5	2556	610,0	2420	577,5
0,06	35,8	24,19	0,04133	150,0	35,8	2562	611,5	2413	575,8
0,08	41,1	18,45	0,05420	172,2	41,1	2573	614,0	2400	572,8
0,10	45,4	14,96	0,06686	190,2	45,4	2581	615,9	2390	570,5
0,12	49,0	12,60	0,07937	205,3	49,0	2588	617,6	2382	568,5
0,15	53,6	10,22	0,09789	224,6	53,6	2596	619,6	2372	566,0
0,20	59,7	7,977	0,1283	250,1	59,7	2607	622,3	2358	562,7
0,30	68,7	5,331	0,1876	287,9	68,7	2620	626,3	2336	557,6
0,40	75,4	4,072	0,2456	315,9	75,4	2632	629,2	2320	553,8
0,50	80,9	3,304	0,3027	339,0	80,9	2642	631,5	2307	550,6
0,60	85,5	2,785	0,3590	358,2	85,5	2650	633,4	2296	548,0
0,70	89,3	2,411	0,4147	375,0	89,5	2657	635,1	2286	545,6
0,80	93,0	2,128	0,4699	389,7	93,0	2663	636,5	2278	543,6
0,90	96,2	1,906	0,5246	403,1	96,2	2668	637,8	2270	541,7
1,0	99,1	1,727	0,5790	415,2	99,1	2677	639,0	2264	539,9
1,2	104,2	1,457	0,6865	437,0	104,3	2686	641,1	2249	536,7
1,4	108,7	1,261	0,7931	456,3	108,9	2693	642,8	2237	533,9
1,6	112,7	1,113	0,898	473,1	112,9	2703	644,3	2227	531,4
1,8	116,3	0,997	1,003	483,6	116,6	2709	645,7	2217	529,1
2,0	119,6	0,903	1,107	502,4	119,9	2710	646,9	2208	527,0
3,0	132,9	0,6180	1,618	558,9	133,4	2 Продолжение табл. 10 730	651,6	2171	518,1
4,0	142,9	0,4718	2,120	601,1	143,7	2744	654,9	2141	511,1
5,0	151,1	0,3825	2,614	637,7	152,2	2754	657,3	2117	505,2
6,0	158,1	0,3222	3,104	667,9	159,4	2768	659,3	2095	499,9
7,0	164,2	0,2785	3,591	694,3	165,7	2769	660,9	2075	495,2
8,0	169,6	0,2454	4,075	718,4	171,4	2776	662,3	2057	490,9
9,0	174,5	0,2195	4,556	740,0	176,6	2780	663,4	2040	486,8
10	179,0	0,1985	5,037	759,6	181,3	2784	664,4	2024	483,1
11	183,2	0,1813	5,516	778,1	185,7	2787	665,2	2009	479,5
12	187,1	0,1668	5,996	795,3	189,8	2790	665,9	1995	476,1
13	190,7	0,1545	6,474	811,2	193,6	2793	666,6	1984	472,8
14	194,1	0,1438	6,952	826,7	197,3	2795	667,0	1968	469,7
15	197,4	0,1346	7,431	840,9	200,7	2796	667,4	1956	466,7
16	200,4	0,1264	7,909	854,8	204,0	2798	667,8	1943	463,8
17	203,4	0,1192	8,389	867,7	207,1	2799	668,1	1931	460,9
18	206,2	0,1128	8,868	880,3	210,1	2800	668,3	1920	458,2
19	208,8	0,1070	9,349	892,5	213,0	2801	668,5	1909	455,5
20	211,4	0,1017	9,83	904,2	215,8	2802	668,7	1898	452,9
30	232,8	0,06802	14,70	1002	239,1	2801	668,6	1800	429,5
40	249,2	0,05069	19,73	1079	257,4	2793	666,6	1715	409,2

Таблица 11 – Теплота парообразования некоторых жидкостей (в кДж/кг)

Жидкость	Температура, °С
Жидкость	0	20	60	100	140
Аммиак	1265,4	1190,0	-	-	-
Анилин	-	-	-	-	435,8 ( Продолжение табл. 8 при 184^о)
Ацетон	565,7	553,1	519,6	473,5	-
Бензол	448,3	435,8	408,5	379,2	346,1
Бутиловый спирт	703,9	687,2	653,6	611,7	561,5
Вода	2493,1	2446,9	2359,0	2258,4	2149,5
Двуокись углерода	235,1	155,4	-	-	-
Диэтиловый эфир	387,6	366,6	326,4	282,4	228,4
Изопропиловый спирт	775,2	750,0	699,7	636,9	557,3
Метиловый спирт	1198,3	1173,2	1110,4	1013,9	892,6
Нитробензол	-	-	-	-	331,9 (при 211^о)
Пропиловый спирт	812,9	791,9	7 Продолжение табл. 11 45,8	683,0	595,0
Сероуглерод	374,6	367,0	344,4	316,4	282,4
Толуол	414,8	407,7	388,8	368,7	344,0
Уксусная кислота	-	-	-	406,4 (при 118^о)	399,5
Фреон-12	155,0	144,9	132,4	-	-
Хлор	266,5	253,1	222,0	176,8	71,23
Хлорбензол	375,8	369,5	354,4	338,1	320,5
Хлороформ	271,5	263,1	247,6	231,3	-
Четыреххлористый углерод	218,3	213,7	201,9	185,6	168,0
Этилацетат	427,4	411,5	358,9	355,7	317,2
Этиловый спирт	921,8	913,4	879,9	812,9	712,3

Таблица 12 – Физические свойства некоторых органических веществ

Пересчет в систему СИ: 1 мм рт.ст. = 133,3 н /м²

Вещество	Формула	Молекулярная масса	Плотность, кг/м³	Температура кипения, °С	Давление насыщенного пара при 20 °С мм рт. ст.
Ацетон	CH₃COCH₃	58,08	810	56	186
Бензин	-	-	690-760	70-120	-
Бензол	C₆H₆	78,11	900	80,2	75
Дихлорэтан	CH₂Cl-CH₂Cl	98,97	1250	83,7	65
Изопропилацетат	CH₃COOC₅H₁₁	130,18	870	142,5	6
Ксилолы (смесь)	C₆H₄(CH₃)₂	106,16	860	136-145	10
Метилацетат	CH3COOCH₃	74,08	930	57,5	170
Пропилацетат	CH3COOC₃H₇	102,13	890	101,6	25
Сероуглерод	CS₂	76,13	1290	46,3	298
Скипидар	C₁₀H₁₆	136,1	850-880	155-190	4
Спирт бутиловый	C₄H₉OH	74,12	810	117,7	4,7
Спирт изоамиловый	C₅H₁₁OH	88,15	810	132	2,2
Спирт изобутиловый	C₄H₉OH	74,12	800	108	8,8
Спирт изопропиловый	C₃H₇OH	60,09	785	82,4	32,4
Спирт метиловый	CH₃OH	32,04	800	64,7	95,7
Спирт пропиловый	C₃H₇OH	60,09	800	97,2	14,5
Спирт этиловый	C₂H₅OH	46,07	790	78,3	44
Толуол	C₆H₅CH₃	92,13	8 Продолжение табл. 12 70	110,8	22,3
Углерод четыреххлористый	CCl₄	153,84	1630	76,7	90,7
Хлороформ	CHCl₃	119,38	1530	61,2	160
Этилацетат	CH₃COOC₂H₅	88,10	900	77,15	73
Эфир диэтиловый	C₂H₅OC₂H₅	74,12	710	34,5	442

Прежде всего определяем количество передаваемого тепла от жидкости к охлаждающей воде. Так как оба теплоносителя не меняют агрегатное состояние, то для данного теплообменника можно записать:

Q = G₁ ^. С₁ ^. (t_1н – t_1к) = G₂ ^. С₂ ^. (t_2к – t_2н).

где G₁, G₂ – расход жидкости и охлаждающей воды, соответственно кг/с. Обратите внимание, что размерность расходов теплоносителей, должна соответствовать размерности сомножителей правой части уравнения (2.6);

С₁, С₂ – теплоемкости жидкости и охлаждающей воды при средней температуре t_ср1 и t_ср2, причем ; .

В данной задаче количество тепла найдем: Q = G₁ ^. С₁ ^. (t_1н – t_1к), т.к. задан расход охлаждаемой жидкости. Теплоемкость теплоносителей определяем по таблице 8 или из [4, с. 562].

Зная количество передаваемого тепла, из уравнения (2.7) рассчитываем количество охлаждающей воды: .

Для плоской стенки коэффициент теплопередачи находим из следующего выражения

где α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя, Вт/м² ^. К;

δ – толщина стенки, м;

Σ δ / λ – сумма термических сопротивлений всех слоев стенки, м² ^. К/Вт;

В нашей задаче , где λ_ст – коэффициент теплопроводности стали (см. таблицу 7).

Особое внимание студенту следует обратить на определение средней разности температур Δt_ср. Если температура теплоносителей меняется вдоль теплопередающей поверхности (как в данной задаче), то для расчета Δt_ср необходимо знать четыре температуры: 2^х теплоносителей на входе и на выходе из теплообменника. Важное значение имеет и направление движения теплоносителей. Средняя разность температур Δt_ср, входящее в основное уравнение теплопередачи, для прямотока и противотока определяется следующим образом:

или ,

где Δt_б и Δt_м – бόльшая и меньшая разности температур теплоносителей на концах теплообменника.

Уравнение (2.9) используется, если , а уравнение (2.10) – если .

В нашей задаче теплоносители движутся противотоком, поэтому Δt_б и Δt_м определяются так:

t _1н t_1кΔt_б = t_1н – t_2к;

t _2к t_2нΔt_м = t_1к – t_2н.

После определения значений Q, K, Δt_ср из основного уравнения теплопередачи (2.6) рассчитываем необходимую поверхность теплообмена: .

Если теплоносители будут двигаться прямотоком, Δt_ср будет иметь иное значение, а значит другой будет и F:

t _1н t_1кΔt_б = t_1н – t_2н;

t _2н t_2кΔt_м = t_1к – t_2к.

Пример 2.1.5 G кг/ч метилового спирта подогреваются от t_н до t_к°С, проходя по трубному пространству теплообменника, состоящего из 19 труб диаметром 16х2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если принять температуру стенки t_ст°С.

РЕШЕНИЕ

Следует помнить, что коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов: геометрии поверхности, характера движения потока, физических свойств теплоносителя. Поэтому невозможно получить общее уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи α. Лишь путем обобщения опытных данных с помощью теории подобия были получены обобщенные критериальные уравнения для типовых случаев теплоотдачи.

При решении задач такого типа необходимо для данного случая теплоотдачи выбрать критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта (Nu) ([4], табл. 4.1, с. 151), а затем из критерия Nu определить коэффициент теплоотдачи α.

Критерий Нуссельта равен

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м² ^. К;

l – определяющий геометрический размер, м;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м ^. К.

В данной задаче сначала рассчитываем критерий Re для определения режима движения метилового спирта

Скорость W определяем из массового расхода: ; физические свойства ρ, μ находим при средней температуре потока (см. таблицу 1 и 2).

Так, например, если получим при расчете значение Re > 10000, т.е. турбулентное движение из ([4], с. 151, 152) выбираем формулу для расчета критерия Nu:

Nu = 0,021 ^. Re^0,8 ^. Pr^0,43 (Pr / Pr_ст)^0,25,

где Pr – критерий Прандтля.

Значения критерия Pr можно найти из номограммы ([4], с. 564) или рассчитать по формуле

Следует обратить внимание, что при расчете критерия Pr значения удельной теплоемкости С, вязкости μ и теплопроводности λ выбираются при средней температуре метилового спирта (t_н + t_к) / 2, а при определении критерия Pr_ст – при температуре стенки t_ст.

После определения критерия Nu, из уравнения (2.11) находим коэффициент теплоотдачи , приняв в качестве определяющего размера эквивалентный диаметр трубного пространства (формула 1.9).

Пример 2.1.6. Для уменьшения потерь теплоты от паропровода диаметром 18х1 мм предлагаются изоляционные материалы: шлаковата и шерстяной войлок. Какой материал необходимо принять в качестве изоляции, если от поверхности изоляции к окружающей среде коэффициент теплоотдачи α₂ = 8 Вт/(м² ^. К)?

РЕШЕНИЕ

При выборе материала для тепловой изоляции трубопроводов необходимо руководствоваться следующими соображениями.

При наложении тепловой изоляции на трубопровод тепловые потери уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции. Более того, при неправильном выборе материала изоляции теплопотери возрастут. Это связано с тем, что изоляция трубопровода приводит к увеличению внешней поверхности.

Проверка пригодности материала изоляции для уменьшения потерь от трубопровода в окружающую среду производится по критическому радиусу или критическому диаметру:

или ,

где λ_из – теплопроводность материала изоляции;

α₂ – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду.

Если

или ,

где R и D – наружный радиус и диаметр неизолированного трубопровода, соответственно, то покрытие трубопровода такой изоляцией будет снижать теплопотери в окружающую среду.

Сочетая уравнения (2.13) и (2.14), получаем условие для выбора теплоизоляционного материала:

или .

То есть в нашем примере необходимо, чтобы λ_из 0,072 (Вт/(м ^. К). Из таблицы 7 находим, что для шлаковаты λ_из = 0,076 (Вт/(м ^. К), а для шерстяного войлока λ_из = 0,047 (Вт/(м ^. К). Условию (2.15) отвечает шерстяной войлок; его и необходимо выбрать в качестве изоляционного материала.

Задачи

Стена из силикатного кирпича толщиной 250 мм имеет с одной стороны температуру –30 °С, а с другой – температуру +20 °С. Найти плотность теплового потока через стену и глубину ее промерзания до температуры 0 °С, считая коэффициент теплопроводности материала стены постоянным.
Стенка опытной установки покрыта снаружи изоляционным слоем толщиной 260 мм. Она обогревается изнутри так, что на наружной поверхности изоляции поддерживается температура 35 °С. Для изучения тепловых потерь в изоляцию на глубину 55 мм от наружной поверхности заделана термопара, которая показывает 70 °С. Определить температуру на поверхности контакта стенки и изоляции.
Стенка холодильной камеры сделана из пробковой плиты толщиной 100мм и обшита с обеих сторон сосновыми досками толщиной 15 мм каждая. На внешней поверхности досок температуры соответственно: +20 °С и –12 °С. Определить потери теплоты через 1 м² поверхности стенки и температуры на обеих поверхностях пробковой плиты. Где в пробковой плите располагается изотермическая поверхность с t = 0 °С?
Паропровод с внешним диаметром 80 мм и температурой на наружной поверхности 180 °С покрывается слоем минеральной ваты толщиной 50мм. Найти суточную потерю теплоты паропроводом длиной 30 м, если температура на наружной поверхности изоляции 32 °С.
Трубу покрывают двумя слоями изоляции из разных материалов, но одинаковой толщины. Первый слой, лежащий на трубе, имеет коэффициент теплопроводности в 3 раза больше, чем второй Наружный диаметр неизолированной трубы в 6 раз больше толщины одного слоя изоляции. В какую сторону и во сколько раз изменятся тепловые потери с 1 м длины трубопровода, если слои изоляции поменять местами.
По стеклянному трубопроводу диаметром 50х3 мм движется жидкость со скоростью 0,5 м/с. Теплоемкость жидкости 3,84 кДж/кг ^. К, плотность 1030 кг/м³. На внутренней поверхности трубы температура 74,5 °С. Определить температуру на наружной поверхности трубы, если на каждые 10 м длины трубопровода температура жидкости снижается на 1 °С.
Бетонные трубы, имеющие диаметр 150х25 мм, надо проложить в грунте. Температура грунта на внешней поверхности трубы может снизиться до –1,82 °С. Жидкость в трубах замерзает при температуре –0,5 °С. Можно ли прокладывать трубы без теплоизоляции, если линейная плотность теплового потока через стенку трубы равна 21,7 Вт/м?
В теплообменнике – стальные трубы с толщиной стенки 8 мм. На поверхностях труб ржавчина толщиной 2 мм и отложение накипи толщиной 3 мм. Если считать, что коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки трубы очень велики, чему будет равен наибольший возможный коэффициент теплопередачи?
Имеется трубчатый теплообменник из 22 горизонтальных труб наружным диаметром 18 мм и длиной 1,2 м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 1100 кг/ч сухого насыщенного водяного пара? Конденсация пара предполагается при давлении 0,27 МПа, температура поверхности трубок 60 °С. Конденсат отводится при температуре насыщения.
Бензол охлаждается в трубах горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Внутренний диаметр труб 21 мм, длина труб 4 м. Средняя температура охлаждаемого бензола 50 °С, средняя температура поверхности загрязнений стенки со стороны бензола t_ст = 30 °С. Скорость бензола 0,05 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи от бензола к стенке.
По вертикальной стенке пленочного холодильника стекает пленкой 60% серная кислота в количестве 2,1 дм³/с на 1 м ширины стенки. Высота холодильника 5 м. Средняя температура поверхности стенки 24 °С, средняя температура кислоты 50 °С. Вычислить коэффициент теплоотдачи для кислоты, если коэффициент теплопроводности ее равняется 0,43 Вт/м ^. К.
Вода нагревается в условиях свободного движения. Наружный диаметр горизонтальных труб 76 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если температуру поверхности трубы принять равной 45 °С. Средняя температура воды 25 °С.
Теплоносителем с температурой на входе 300 °С и на выходе 200 °С нагревается нефть от 25 до 175 °С. Определить средние арифметический и логарифмический температурные напоры между теплоносителем и нефтью в теплообменнике для прямотока и противотока.
Сухой насыщенный пар с давлением 6,18 ^. 10⁵ Па конденсируется в теплообменнике на трубах, внутри которых движется вода, нагреваемая от 20 до 70 °С. Определить средний температурный напор.
Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменника при прямоточном и противоточном движении теплоносителей. Теплоносителем является газ с начальной температурой 600 °С и конечной 300 °С. Необходимо нагреть 40000 м³/ч воздуха (объем при нормальных физических условиях) от 30 до 250 °С. Принять коэффициент теплопередачи 20Вт/м² ^. К, теплоемкость воздуха постоянная.
В противоточном теплообменнике охлаждается 0,5 м³/ч трансформаторного масла от 95 до 40 °С. Охлаждающая вода нагревается от 12 до 50 °С, коэффициенты теплоотдачи со стороны масла 200, со стороны воды 800 Вт/м² ^. К. Толщина стальной стенки 3 мм. Стенка порыта слоями ржавчины и накипи толщиной 0,5 мм. Определить расход охлаждающей воды и необходимую поверхность теплообмена (ρ_масла = 850 кг/м³, С_масла= 1,964 кДж/кг ^. К).
По стальному змеевику с диаметром витка 0,4 м и диаметром трубы 57х3,5 мм протекает 2 м³/ч трансформаторного масла. Охлаждение осуществляется водой, имеющей на входе 15 °С и на выходе 40 °С. Коэффициент теплоотдачи для воды 580 Вт/м² ^. К. Термическое сопротивление стенки и ее загрязнений принять равным 0,0007 м² ^. К/Вт. Определить: а) схему движения теплоносителей; б) необходимую длину змеевика; в) расход охлаждающей воды (ρ и С_масла см. в задаче 2.1.16).
На складе оборудования имеется кожухотрубчатый теплообменник, состоящий из 19 латунных труб диаметром 18х2 мм, длиной 1,2 м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 350 кг/ч насыщенного пара этилового спирта, если принять коэффициент теплопередачи равным 700Вт/м² ^. К, начальную температуру воды 15 °С, а конечную 35 °С. Жидкий спирт отводится при температуре конденсации.
Паропровод диаметром 20х2 мм необходимо покрыть одним из теплоизоляционных материалов, имеющихся на складе: асбест и шлаковата. Какой из этих материалов надо выбрать в качестве изоляции, если от поверхности изоляции к окружающей среде коэффициент теплоотдачи α₂ = 9 Вт/м² ^. К?
Если теплоизоляционный материал по условиям задачи 2.1.19 выбран неверно, то до какой толщины слоя изоляции ее наложение на паропровод будет не уменьшать, а увеличивать теплопотери до их максимальной величины?

Ответ: 6,8 ^. 10^-3 м.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 148 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
26.03.2015582 Кб25методДЕК11.doc
#
13.11.2019208 Кб2МЕТОДИКА КУРСОВОЇ РОБОТИ ПО ФІНАНСОВОМУ МЕНЕДЖМ...doc
#
05.05.2019210 Кб7методика лекции.doc
#
01.04.2025236 Кб4МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА.doc
#
04.11.2018257 Кб8Методика проведення психологічної експертизи1.doc
#
01.05.20257 Мб12Методич пособ.doc
#
17.08.2019177 Кб2Методич.указ.Курс по ГП.doc
#
01.05.2025150 Кб0методические указания по нарядам.doc
#
01.07.202537 Кб0Методические рекоменд ИТ ЭБ.docx
#
25.03.2015618 Кб26Методические рекомендации ГО.doc
#
01.07.202589 Кб1методические рекомендации для самостоятельной работы КСК.docx

2. Тепловые процессы

Основы теплопередачи Методические указания

Примеры