4.8. Оформление отчёта

Отчет должен включать схему установки, данные измере­ний, расчеты, рисунки паровых процессов (происходящих в установке) в диаграмме h- s.

4.9. Контрольные вопросы

1. Что такое влажный насыщенный, сухой насыщенный и перегретый пар.

2. Что такое кратность циркуляции пароводяного контура.

3. Проанализировать процессы парообразования на p-v-диаграмме водяного пара

Таблица 4.1

Измеряемые и расчетные данные

Параметр	Обозначение	№ опыта
		1	2	3
Масса конденсата, кг	mКОНД
Расход воды, кг/с	mВОД
Паропроизводительность, кг/с	mП
Кратность циркуляции	К
Время замера, с	τ
Температура пара, K	T
Полный движущийся напор циркуля­ционного контура, Н/м2	РДВ
Энтальпия кипящей жидкости, кДж/кг	h/
Энтальпия пара, кДж/кг	h//
Энтропия кипящей жидкости, кДж/(кг∙К)	s/
Энтропия пара, кДж/(кг∙К)	s//
Теплота испарения, кДж/кг	r

Лабораторная работа № 5 Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов методом трубы

5.1 Цель работы

Закрепить знания в области теории теплопроводности, изучить методику экспериментального определения коэффициента теплопроводности изоляционных материалов, исследовать эффективность тепловой изоляции и получить навык в проведении экспериментальных работ.

5.2 Задачи работы

Ознакомление с теоретическими положениями, являющимися основой метода трубы; ознакомление с составом оборудования и принципом действия экспериментальной установки; определение значения коэффициента теплопроводности исследуемого материала; определение эффективности применения изоляционных материалов для снижения тепловых потерь при изоляции труб.

5.3 Теоретические положения.

Самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве при наличии разности температур называется теплообменом.

Теплопроводность - это процесс распространения теплоты за счет непосредственного соприкосновении тел (частиц тела). Она обусловлена движением микрочастиц (молекул) тела и возможна в твердых, жидких и газообразных средах.

Основным законом теплопроводности является закон Фурье, который устанавливает количественную взаимосвязь между тепловым потоком, вызванным тепловодностью, и температурными неоднородностями среды:

, Вт/м (5.1)

Согласно основному закону теплопроводности плотность теплового потока q прямо пропорциональна градиенту температуры grad(t). Коэффициент пропорциональности λ (Вт/м∙К) называется теплопроводностью, он характеризует способность материала проводить тепловую энергию. Коэффициент теплопроводности λ зависит от структуры вещества, его плотности, теплоемкости, температуры, давления.

Значение коэффициента теплопроводности определяется опытным путем на специальных лабораторных установках. В практических расчетах значения коэффициента теплопроводности для различных материалов можно взять из справочных материалов. В приложениях 2, 3 и 4 приведены значения теплопроводности для некоторых материалов.

Одним из применяемых в теплотехнике методов определения λ является метод трубы или цилиндра. В случае установившегося теплового равновесия системы для определения коэффициента теплопроводности материала цилиндрической стенки (рис. 5.1) можно использовать уравнение для теплового потока, приведённое к виду:

, Вт (5.2)

где t₁ и t₂ – это соответственно температура внутренней и внешней поверхности трубы К;

L – это длина трубы, м;

d₁ и d₂ – внутренний и наружный диаметры трубы, м;

q_L – плотность теплового потока по длине трубы L, Вт/м

В случае многослойной стенки, состоящей из слоев разных материалов, уравнение теплового потока имеет вид:

, Вт (5.3)

На теплообменные поверхности с целью уменьшения тепловых потерь накладывается тепловая изоляция из материалов с низкой теплопроводностью λ (газы, пористые материалы, асбест, минеральная вата, стекловата, пенопласт, пенобетон и другие). Часто на практике изолируются трубопроводы, по которым движутся горячие среды. На рис.5.2 изображена схема однослойной изоляции трубопровода.

В общем случае уравнение теплового потока на отрезке изолированного трубопровода длиной L, будет иметь вид, Вт:

(5.4)

Рис. 5.1 Однородная цилиндрическая стенка

Рис. 5.2 Схема однослойной тепловой изоляции 1 – горячая среда 2 – стенка трубопровода 3- тепловая изоляция

Выражение в знаменателе называется общим термическим сопротивлением двухслойной цилиндрической стенки R_ИЗ [5]:

(5.5)

где λ и λ_ИЗ - коэффициенты теплопроводности материала трубы и изоляции

α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя с температурой t_ж1 к стенке трубы и от изоляции в окружающую среду с температурой t_ж2.

При увеличении внешнего диаметра изоляции d_ИЗ увеличивается сопротивление слоя изоляции , но одновременно уменьшается сопротивление теплоотдачи на наружной поверхности изоляции.

Рис.5.3. Зависимость тепловых потерь с поверхности трубопровода от диаметра изоляции:

1- правильный выбор материала; 2-неправильный выбор материала.

Анализ общего термического сопротивления изолированной трубы позволяет выразить так называемый критический диаметр изоляции, при котором будут максимальные тепловые потери:

(5.6)

При d_ИЗ < d_КР увеличение толщины изоляции приводит к увеличению теплопотерь,

а при d_ИЗ > d_КР – к уменьшению.

Рассчитанное значение критического диаметра должно быть меньше или равно наружному диаметру изолированной трубы, тогда изоляция будет эффективной:

d_КР ≤ d_ИЗ (5.7)

Решая это уравнение относительно значения коэффициента теплопроводности теплоизоляции, получим условие, когда теплопотери через изолированную цилиндрическую стенку будут наименьшими [5]:

(5.8)