1.2. Методические указания
При расчете теплоизоляции следует придерживаться следующего порядка.
Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта, при наличии изоляции задавшись температурой на поверхности изоляции. Количество теплоты q, отдаваемое единицей поверхности нагретого объекта в единицу времени в окружающую среду
,
Вт/м2, (1.2)
где – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к воздуху, Вт/ (м2°С); tиз – температура на наружной поверхности изоляции, °С; tв – температура воздуха в помещении, °С.
Зная теплопотери с единицы поверхности изолируемого объекта q, определяем коэффициент теплопередачи по формуле
,
Вт/ м2∙°С,
(1.3)
где tвн – температура среды внутри объекта (аппарата), С; ; q- плотность теплового потока, Вт/м2.
В свою очередь коэффициент теплопередачи
, (1.4)
где 1 и 2 – коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней и наружной стороне аппарата, Вт/ (м2 °С); ст, ст - толщина (м) и коэффициент теплопроводности изолируемой стенки, Вт/(м град); из, из - толщина (м) и коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м °С).
Коэффициент теплопередачи для однослойной плоской стенки определяем
по формуле
,
(1.5)
Преобразуя выражение (1.4), определяющее коэффициент теплопередачи К, получаем формулу для определения толщины теплоизоляции, которая имеет следующий вид:
,
м (1.6)
Температура внутренней поверхности аппарата может быть рассчитана по формуле
,
(1.7)
Температура наружной поверхности аппарата определяется по формуле
,
(1.8)
Общее количество теплоты, выделенной наружной поверхностью аппарата F (м2) в течение часа составляет (1 ватт∙час = 3,6 килоджоулей)
,
кДж, (1.9)
Тепловыделение от остывающего продукта определяется по формуле
,
кДж, (1.10)
где m - масса остывающего продукта, кг; с - теплоемкость остывающего продукта, кДж/(кг°С); tнач, tкон - соответственно начальная и конечная температура остывающего продукта, °С
1.3. Условия задач
Задача 1. Рассчитать толщину теплоизоляции из(мм) для цилиндрического аппарата, изготовленного из металла (М), толщина стенки аппарата ст(мм). Температура среды внутри аппарата tвн (оС); температура воздуха в помещении tв(оС); температура на поверхности изоляции 45оС. В качестве изоляции используется изоляционный материал (ИЗ).
Коэффициент теплоотдачи от поверхности аппарата к воздуху 2 = 6 (Вт/(м2оС)). Коэффициент теплоотдачи на внутренней стороне печи 1 = 20 (Вт/(м2оС)). Коэффициент теплопроводности стенок аппарата ст (Вт/(моС)); коэффициент теплопроводности изоляционного материала из (Вт/(моС)).
Указание: принять температуру внутренней стенки аппарата равной температуре среды в аппарате.
Варианты исходных данных |
Параметры |
||||||
Материал аппарата (М) |
ст,мм |
ст, Вт/(м∙0С) |
Материал изоляции (ИЗ) |
из, Вт/(м∙0С) |
tвн,оС |
tв,оС |
|
1
|
сталь |
10 |
45,4 |
войлок шерстяной |
0,05 |
118 |
23 |
2 |
латунь |
5 |
85,5 |
асбест |
0,12 |
180 |
26 |
3 |
чугун |
15 |
63,0 |
кирпич пустотелый |
0,4 |
120 |
28 |
4 |
алюминий |
5 |
204,0 |
асбест |
0,12 |
240 |
28 |
5 |
сталь |
8 |
45,0 |
картон |
0,18 |
150 |
26 |
6 |
латунь |
7 |
85,5 |
войлок шерстяной |
0,045 |
120 |
24 |
7 |
чугун |
11 |
61,0 |
асбест |
0,11 |
170 |
23 |
8 |
алюминий |
8 |
207 |
кирпич красный |
0,56 |
155 |
23 |
9 |
сталь |
9 |
45,2 |
асбест |
0,12 |
200 |
23 |
10 |
латунь |
10 |
85,7 |
картон |
0,04 |
160 |
25 |
11 |
чугун |
7 |
58,1 |
войлок шерстяной |
0,05 |
135 |
25 |
12 |
чугун |
12 |
67,2 |
кирпич пустотелый |
0,4 |
210 |
25 |
13 |
латунь |
4 |
85,4 |
асбест |
0,11 |
175 |
24 |
14 |
алюминий |
7 |
204 |
картон |
0,18 |
185 |
24 |
15 |
сталь |
11 |
45,4 |
кирпич силикатный |
0,77 |
190 |
24 |
16 |
латунь |
9 |
85,6 |
асбест |
0,12 |
220 |
24 |
17 |
алюминий |
10 |
219 |
войлок шерстяной |
0,045 |
122 |
27 |
18 |
алюминий |
13 |
221 |
асбест |
0,11 |
165 |
27 |
19 |
латунь |
11 |
85,6 |
картон |
0,18 |
140 |
27 |
20 |
сталь |
13 |
45,5 |
кирпич силикатный |
0,77 |
110 |
26 |
21 |
латунь |
6 |
85,5 |
войлок шерстяной |
0,05 |
130 |
26 |
22 |
чугун |
10 |
63,0 |
асбест |
0,12 |
150 |
26 |
23 |
алюминий |
6 |
204,0 |
кирпич красный |
0,56 |
155 |
28 |
24 |
сталь |
12 |
45,0 |
асбест |
0,12 |
190 |
28 |
25 |
латунь |
7 |
85 |
картон |
0,18 |
165 |
28 |
26 |
алюминий |
11 |
220 |
кирпич силикатный |
0,78 |
200 |
26 |
27 |
чугун |
8 |
59 |
картон |
0,2 |
175 |
28 |
28 |
сталь |
9 |
45,3 |
войлок шерстяной |
0,045 |
122 |
27 |
29 |
латунь |
5 |
85,4 |
кирпич красный |
0,56 |
155 |
28 |
30 |
чугун |
13 |
62 |
асбест |
0,12 |
160 |
24 |
Задача 2 В печном отделении хлебозавода установлено n одинаковых печей. Площадь тепловыделяющей поверхности каждой печи F(м2). Стены печей покрыты тепловой изоляцией. Кожух печей выполнен из стали толщиной 1= 3 мм с коэффициентом теплопроводности 1= 46 Вт/м∙С. Слой изоляции выполнен из шамотного кирпича толщиной 2 = 250 мм с коэффициентом теплопроводности 2 = 0,14 Вт/(мС). Температура внутри печи tвн = 240С; температура воздуха в печном отделении tв, 0С. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности печей к окружающему воздуху 2 = 6 Вт/(м2С). Коэффициент теплоотдачи на внутренней стороне печи 1 = 20 Вт/(м2С). Определить потери тепла Qп (кВт) от печей в помещении.
Пара метры |
Варианты исходных данных |
||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
V, м3 |
1600 |
9600 |
12800 |
540 |
1800 |
1500 |
8200 |
10500 |
750 |
2000 |
1700 |
10000 |
11300 |
650 |
1900 |
n |
4 |
6 |
8 |
2 |
5 |
4 |
5 |
9 |
2 |
3 |
4 |
7 |
9 |
2 |
3 |
tв, оС |
35 |
35 |
34 |
33 |
32 |
32 |
33 |
33 |
34 |
34 |
35 |
35 |
35 |
33 |
33 |
F, м2 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
55 |
55 |
55 |
55 |
55 |
Пара метры |
Варианты исходных данных |
||||||||||||||
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
V, м3 |
1720 |
9200 |
11000 |
1100 |
1850 |
1550 |
9000 |
13000 |
1000 |
1400 |
1450 |
13050 |
1750 |
2500 |
2350 |
n |
4 |
5 |
6 |
2 |
3 |
3 |
4 |
8 |
2 |
3 |
3 |
9 |
5 |
7 |
6 |
tв, оС |
32 |
32 |
32 |
35 |
35 |
34 |
34 |
33 |
33 |
31 |
30 |
29 |
28 |
31 |
32 |
F, м2 |
45 |
45 |
45 |
45 |
45 |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
40 |
40 |
40 |
40 |
40 |
Задача 3Определить плотность теплового потока, проходящего через плоскую стенку из стали толщиной δ, мм с коэффициентом теплопроводности λ = 50 Вт/(м ∙0С), а также коэффициент теплопередачи, если температура газов с одной стороны стенки tв, 0С, а температура кипящей воды с другой стороны tвн, 0C, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1=100 Вт/(м2·0С), и от стенки к кипящей воде α2=5000 Вт/(м2·0С).
Пара метры |
Варианты исходных данных |
||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
ст, мм |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
12 |
13 |
14 |
16 |
17 |
18 |
19 |
21 |
22 |
23 |
tвн, оС |
1127 |
1150 |
1200 |
1100 |
1010 |
1090 |
1080 |
1070 |
1060 |
1050 |
1040 |
1140 |
1130 |
1120 |
1025 |
tв, оС |
227 |
220 |
215 |
210 |
200 |
205 |
190 |
180 |
170 |
250 |
230 |
225 |
233 |
195 |
185 |
Пара метры |
Варианты исходных данных |
||||||||||||||
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
ст, мм |
24 |
26 |
27 |
28 |
29 |
31 |
6 |
7 |
8 |
9 |
11 |
32 |
33 |
34 |
35 |
tвн, оС |
1045 |
1055 |
1155 |
1135 |
1115 |
1015 |
1300 |
1250 |
1270 |
1170 |
1131 |
1200 |
1210 |
1220 |
1230 |
tв, оС |
175 |
205 |
255 |
165 |
260 |
145 |
235 |
250 |
265 |
270 |
255 |
170 |
200 |
185 |
195 |
Задача 4 Определить количество тепла Q (кВт), поступающего в окружающую среду в единицу времени от котла с толщиной стенки ст и коэффициентом теплопроводности ст, покрытого теплоизоляционным материалом толщиной из и коэффициентом теплопроводности из. Площадь котла F (м2). Температура внутренней среды tвн. Коэффициент теплоотдачи от поверхности котла в окружающую среду 1 = 8 Вт/(м2∙С), а коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности котла 2. = 20 Вт/(м2∙С).
Температура окружающего котла воздуха tвозд.
Варианты исходных данных |
Параметры |
|||||||
Изоляционный материал |
из, мм |
из, Вт/моС |
ст, мм |
ст, Вт/моС |
tвн, оС |
tвозд. оС |
F, м2 |
|
1 |
войлок технический |
15 |
0,05 |
10 |
45,4 |
250 |
25 |
120 |
2 |
асбест |
10 |
0,12 |
5 |
85,5 |
120 |
23 |
50 |
3 |
кирпич изоляционный |
250 |
0,14 |
15 |
63,0 |
110 |
28 |
60 |
4 |
картон |
50 |
0,06 |
5 |
204,0 |
180 |
19 |
100 |
5 |
стекловолокно |
25 |
0,04 |
8 |
45,0 |
150 |
17 |
80 |
6 |
войлок технический |
20 |
0,045 |
7 |
85,5 |
200 |
26 |
100 |
7 |
асбест волокнистый |
15 |
0,16 |
11 |
61,0 |
130 |
24 |
60 |
8 |
кирпич пустотелый |
200 |
0,44 |
8 |
207 |
100 |
29 |
75 |
9 |
картон пробковый |
40 |
0,042 |
9 |
45,2 |
160 |
20 |
90 |
10 |
стекловата |
30 |
0,03 |
10 |
85,7 |
135 |
18 |
75 |
11 |
войлок технический |
25 |
0,05 |
7 |
58,1 |
220 |
24 |
110 |
12 |
асбест |
20 |
0,12 |
12 |
67,2 |
125 |
22 |
55 |
13 |
кирпич строительный |
150 |
0,25 |
4 |
85,4 |
115 |
27 |
45 |
14 |
картон гофрированный |
45 |
0,07 |
7 |
204 |
150 |
21 |
95 |
15 |
стекловолокно |
35 |
0,04 |
11 |
45,4 |
125 |
19 |
90 |
16 |
войлок технический |
30 |
0,045 |
9 |
85,6 |
210 |
23 |
115 |
17 |
асбест волокнистый |
25 |
0,16 |
10 |
219 |
135 |
21 |
65 |
18 |
кирпич изоляционный |
100 |
0,14 |
13 |
221 |
125 |
26 |
35 |
19 |
картон |
35 |
0,06 |
11 |
85,6 |
170 |
22 |
70 |
20 |
стекловата |
40 |
0,03 |
13 |
45,5 |
140 |
20 |
100 |
21 |
войлок технический |
35 |
0,05 |
6 |
85,5 |
215 |
27 |
125 |
22 |
асбест |
30 |
0,12 |
10 |
63,0 |
140 |
25 |
45 |
23 |
кирпич строительный |
220 |
0,25 |
6 |
204,0 |
105 |
24 |
55 |
24 |
картон пробковый |
28 |
0,042 |
12 |
45,0 |
155 |
23 |
60 |
25 |
стекловолокно |
45 |
0,04 |
7 |
85 |
145 |
22 |
110 |
26 |
войлок технический |
27 |
0,045 |
11 |
220 |
230 |
28 |
130 |
27 |
асбест волокнистый |
12 |
0,16 |
8 |
59 |
110 |
26 |
30 |
28 |
кирпич пустотелый |
310 |
0,44 |
9 |
45,3 |
100 |
25 |
95 |
29 |
картон гофрированный |
55 |
0,07 |
5 |
85,4 |
130 |
24 |
85 |
30 |
стекловата |
50 |
0,03 |
13 |
62 |
120 |
21 |
120 |
Задача 5 Определить температуру на поверхности аппарата tпов (С), при условии что аппарат площадью F (м2) выделяет тепловой поток Q(Вт). Аппарат теплоизолирован материалом толщиной из и коэффициентом теплопроводности из. Температура внутри аппарата tвн, температура воздуха в помещении tвозд. Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности аппарата, омываемым горючим газом 1 = 20 Вт/м2град.
Варианты исходных данных |
Параметры |
|||||
Материал теплоизоляции |
Q, Вт |
F, м2
|
из, Вт/моС |
из, мм |
tвн,оС |
|
1 |
кирпич |
2400 |
60 |
0,14 |
250 |
250 |
2 |
пробка |
48000 |
120 |
0,38 |
15 |
180 |
3 |
штукатурка |
3600 |
100 |
0,78 |
40 |
120 |
4 |
гипс |
6500 |
50 |
0,29 |
25 |
118 |
5 |
стекловата |
10000 |
80 |
0,04 |
40 |
390 |
6 |
войлок технический |
3800 |
100 |
0,05 |
20 |
150 |
7 |
асбест |
4200 |
40 |
0,12 |
30 |
130 |
8 |
кирпич изоляционный |
3200 |
110 |
0,14 |
220 |
230 |
9 |
стекловолокно |
8000 |
90 |
0,04 |
50 |
350 |
10 |
штукатурка |
3200 |
85 |
0,78 |
35 |
110 |
11 |
асбест волокнистый |
3600 |
60 |
0,16 |
25 |
120 |
12 |
кирпич пустотелый |
2700 |
120 |
0,44 |
230 |
210 |
13 |
картон пробковый |
6000 |
70 |
0,042 |
60 |
135 |
14 |
штукатурка |
4000 |
95 |
0,78 |
55 |
115 |
15 |
гипс |
7200 |
70 |
0,29 |
35 |
112 |
16 |
пробка |
30000 |
85 |
0,41 |
20 |
170 |
17 |
асбест |
3800 |
75 |
0,12 |
20 |
125 |
18 |
кирпич строительный |
3730 |
90 |
0,25 |
225 |
200 |
19 |
картон гофрированный |
5000 |
80 |
0,07 |
30 |
113 |
20 |
стекловолокно |
6200 |
100 |
0,04 |
35 |
290 |
21 |
войлок технический |
3150 |
110 |
0,05 |
40 |
130 |
22 |
асбест волокнистый |
2700 |
85 |
0,16 |
50 |
110 |
23 |
кирпич изоляционный |
4100 |
115 |
0,14 |
210 |
195 |
24 |
штукатурка |
3950 |
75 |
0,76 |
70 |
140 |
25 |
гипс |
6800 |
60 |
0,29 |
50 |
115 |
26 |
войлок технический |
2850 |
90 |
0,05 |
35 |
118 |
27 |
стекловата |
6600 |
75 |
0,03 |
55 |
270 |
28 |
пробка |
17000 |
65 |
0,38 |
30 |
155 |
29 |
штукатурка |
3750 |
60 |
0,78 |
25 |
122 |
30 |
гипс |
7400 |
55 |
0,29 |
45 |
127 |