, (1)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТАМ ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВУЗОВ
Составитель: Рязанов А.Б.
Оренбург 2011
1. Теплопроводность через многослойную плоскую стенку
Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры. Закономерности переноса теплоты и количественные характеристики этого процесса являются предметом исследования теории теплообмена (теплопередачи).
Теплота может распространяться в любых веществах и даже через вакуум (пустоту). Идеальных теплоизоляторов не существует. Во всех веществах теплота передается теплопроводностью за счет переноса энергии микрочастицами. За счет взаимодействия друг с другом быстродвижущиеся микрочастицы отдают свою энергию более медленным, перенося таким образом теплоту из зоны с высокой в зону с более низкой температурой. В теории теплообмена, как и в гидромеханике, термином «жидкость» обозначается любая сплошная среда, обладающая свойством текучести. Подразделение на «капельную жидкость» и «газ» используется только в случае, когда агрегатное состояние вещества играет в рассматриваемом процессе существенную роль.
Следует иметь в виду, что одновременно с конвекцией всегда сосуществует и теплопроводность, однако конвективный перенос в жидкостях обычно является определяющим, поскольку он значительно интенсивнее теплопроводности. В твердых монолитных телах перемещение макроскопических объемов относительно друг друга невозможно, поэтому теплота переносится в них только теплопроводностью. Однако при нагреве, сушке зернистых материалов (песка, зерна и т. д.) очень часто искусственно организуют перемешивание. Процесс теплопереноса при этом резко интенсифицируется и физически становится похожим на конвективный теплоперенос в жидкостях. Часто приходится рассчитывать теплообмен между жидкостью и поверхностью твердого тела. Этот процесс получил специальное название конвективная теплоотдача (теплота отдается от жидкости к поверхности или наоборот).
Количество теплоты, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность, в теории теплообмена принято называть мощностью теплового потока или просто тепловым потоком и обозначать буквой Q. Единица ее измерения - Вт.
Тепловой поток через многослойную плоскую стенку рассчитывается по следующему уравнению:
, (1)
где Q – тепловой поток, Вт; tст1 и tст2 – температуры наружных поверхностей; 0С; S – площадь стенки, м2; 
- толщина i-го слоя, м; 
- коэффициент теплопроводности материала i-й стенки, 
.
Температуры между отдельными слоями стенки находятся из уравнений:
(2)
Рисунок 1. Пример графического изображения распределения температуры в многослойной стенке
Задание. Найти тепловой поток через трехслойную плоскую стенку площадью 15 м2, а также температуры между отдельными слоями. Изобразить распределение температуры в данной стенке. Исходные данные взять из таблицы 1 согласно варианту.
Таблица 1.
| Номер варианта | tст1, 0С | tст2, 0С |  |  |  |  |  |  |
| 0,1 | 0,001 | 0,2 | 0,01 | |||||
| 0,2 | 0,002 | 0,4 | 0,02 | |||||
| 0,3 | 0,003 | 0,6 | 0,03 | |||||
| 0,4 | 0,004 | 0,8 | 0,04 | |||||
| 0,5 | 0,005 | 0,05 | ||||||
| 0,6 | 0,006 | 1,2 | 0,06 | |||||
| 0,7 | 0,007 | 1,4 | 0,07 | |||||
| 0,8 | 0,008 | 1,6 | 0,08 | |||||
| 0,9 | 0,009 | 1,8 | 0,09 | |||||
| 0,01 | 0,1 |
2. Теплопередача через плоскую стенку
Количество теплоты, переданное от одного газа (жидкости) к другому за секунду, разделенных плоской стенкой, находится по выражению
, (3)
где 
- коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя с постоянной температурой t1 к поверхности стенки, учитывающий все воды теплообмена, 
; 
- коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю с постоянной температурой t2, ; S – расчетная площадь поверхности стенки, м2; - толщина i-го слоя, м; - коэффициент теплопроводности материала i-й стенки, . Значения температуры можно брать как в градусах Цельсия, так и в Кельвинах.
Температуры на поверхностях плоской стенки определяются из следующих уравнений:
(4)
Рисунок 2. Пример графического изображения распределения температуры в однослойной стенке
Задание. Найти тепловой поток через однослойную плоскую стенку, а также температуры поверхностей стенки. Изобразить распределение температуры в данной стенке. Исходные данные взять из таблицы 2 согласно варианту.
Таблица 2.
| Номер варианта | t1, 0С | t2, 0С |  |  |  |  | S, м2 |
| 0,001 | |||||||
| 0,002 | |||||||
| 0,003 | |||||||
| 0,004 | |||||||
| 0,005 | |||||||
| 0,006 | |||||||
| 0,007 | |||||||
| 0,008 | |||||||
| 0,009 | |||||||
| 0,01 |
Литература
1. Цвятков Ф.Ф. Тепломассообмен.- М.Издательский дом МЭИ, 2006.-550с.
2. Драганов Б.Х. и др. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве: Учеб по инж. спец. сел. хоз-ва. М.: Агропромиздат, 1990. – 462 с.
3. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебное пособие. – 3-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 1980. – 469 с.
4. Юдаев Б.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1973.-360 с.
5. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - М.: Атомиздат, 1979 - 416 с.
megalektsii.ru
Предпринимательство, Коммерческая деятельность фирмы, Диплом. 12895879399 В процессе коммерческой деятельности предприятия изучают спрос населения и рынок сбыта товаров, определяют потребность в них, выявляют.
Пояснительная записка Программа учебной дисциплины "Техническая термодинамика и основы теплопередачи ", для специальности 26.02.05. «Эксплуатация судовых энергетических установок» предусматривает проведение
Пояснительная записка. Календарно-тематическое планирование является составной частью учебно-методического комплекта, включающего: 1) программы для общеобразовательных учреждений: Физика. Астрономия.7-11кл.
Обучающимся необходимо: Планируемые результаты знать: -понятия: температура, внутренняя энергия, количество теплоты, теплопередача, удельная теплоемкость, удельная теплота плавления, удельная теплота сгорания
ФИЗИКА 8 класс Тема урока: «Плавления и отвердевания тел» Цели урока: Предметные: обеспечить закрепление основных понятий и применение знаний и способов действий по теме; организовать деятельность по самостоятельному
Индекс Наименование циклов, дисциплин, профессиональных модулей, МДК, практик Перечень МУ МР по профессии СПО МОР МУ, МР О.00 Общеобразовательный цикл ОДБ.00 ОДБ.01 ОДБ.0 Базовые дисциплины Русский язык
Тело этих животных состоит всего из одной клетки. Но в клетке идут все функции присущие всем живым организмам на нашей планете. 78694196704 Продолжать формировать знания о строении растительной клетки.
8 класс урока Название темы учебника Тип урока Основное содержание Демонстрации Дата проведения ТЕМА 1. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ (23 ч) Факт. дата Примечание 1/1 Тепловое движение. Техника безопасности (Т/б) в
Основные положения термодинамики (по учебнику А.В.Грачева и др. Физика: 10 класс) Термодинамической системой называют совокупность очень большого числа частиц (сравнимого с числом Авогадро N A 6 10 3 (моль)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа учебного предмета физика 8 класс составлена на основании: Учебного плана МБОУ «Средняя школа 5» на 206/207 учебный год. Положения о рабочей программе учебных предметов
docplayer.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «ТЕПЛОТЕХНИКА И ГИДРАВЛИКА»
СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА №2
«ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
Выполнил: студент группы АТ-312
Литвинов Александр Владимирович
Проверил: ГалимовМарат Мавлютович
ВОЛГОГРАД 2003
Задание:
В теплообменном аппарате вертикальная плоская стенка толщиной ? = 5,5 мм, длиной l = 1,45 м и высотой h = 0,95 м выполнена из стали с коэффициентом теплопроводности ?с = 50 Вт/(мК) (рис. 1). С одной стороны она омывается продольным вынужденным потоком горячей жидкости (воды) со скоростью w = 0,525 м/с и температурой tж1 = 80 єС (вдали от стенки), с другой стороны – свободным потоком атмосферного воздуха с температурой tж2 =10 єС.
?c
tж1 tж2
q h
? l
Требуется:
1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов занести в таблицу. Лучистым теплообменом пренебречь из-за малых значений [pic]и[pic].
2. Провести расчетное исследование вариантов интенсификации теплопередачи при неизменной разности температур между горячим и холодным теплоносителями.
2.1. Определить коэффициент теплопередачи при: а) увеличении в 5, 10, 15 раз коэффициентов теплопередачи ?1, ?2 и поверхности стенки F как со стороны горячей жидкости ([pic]), так и со стороны воздуха ([pic]) . б) замене стальной стенки на латунную ([pic]) , алюминиевую ([pic]) и медную ([pic]) с коэффициентами теплопроводности соответственно
[pic], [pic], [pic].
Результаты расчетов занести в таблицу.
2.2. Определить степень увеличения коэффициента теплопередачи при изменениии каждого из варьируемых факторов ?i по формуле: [pic], где
K, Ki – коэффициенты теплопередачи до и после интенсификации теплопередачи.
Результаты расчетов свести в таблицу.
2.3. Обозначив степень изменения варьируемых факторов через z, построить в масштабе (на одном рисунке) графики: [pic], [pic], [pic],
[pic], [pic].
2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.
Решение:
1. Для нахождения коэффициентов теплоотдачи ? необходимо выбрать уравнения подобия и найти числа подобия.
При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть использовано следующее уравнение подобия:[pic];Для воды при температуре 80єС характерны следующие параметры:[pic]; [pic]; [pic];[pic];[pic]=> с = 0,037; n1 = 0,8; n2 = 0,43;
Зададимся температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой[pic]и нагреваемой [pic]сред. Учитывая рекомендации (для металлических стенок в первом приближении можно принять[pic]; температура стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны которой ? выше; при вынужденном движении величина ? обычно значительно больше, чем при свободном), выбираем[pic].При температуре 75єС [pic].[pic];При свободном движении (естественной конвекции) вдоль вертикальных поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:[pic];Для воздуха при температуре 10єС характерны следующие параметры:[pic]; [pic]; а при температуре 75єС [pic].[pic];[pic][pic];[pic];[pic];Коэффициенты теплоотдачи:[pic];[pic];
Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки:[pic];Плотность теплового потока:[pic];Проверка правильности принятия для температур [pic]и [pic]для расчета:[pic];[pic];Отклонения:[pic]=> допустимо;[pic]=> допустимо;
Таблица 1
Результаты расчета
|?1, |?2, |1/ ?1, |1/ ?2, |?/?с, |R, |K, |q, ||Вт/(м2К)|Вт/(м2К)|м2К/Вт |м2К/Вт |м2К/Вт |м2К/Вт |Вт/(м2К)|Вт/(м2К)||2697,662|6,990 |0,0004 |0,1431 |0,0001 |0,1436 |6,9666 |487,662 |
2.1.Коэффициенты теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов:[pic];[pic][pic];[pic][pic];[pic][pic];[pic][pic];[pic][pic][pic][pic][pic][pic]
Таблица 2
Результаты расчета
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] ||6,9810|6,9828|6,9834|6,9810|6,9828|6,9834|34,372|67,627|| | | | | | |5 |7 ||Вт/(м2К) |
2.2. Степень увеличения коэффициента:[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic];[pic]
Таблица 3
Результаты расчета
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] ||1,0021|1,0023|1,0024|1,0021|1,0023|1,0024|4,9339|9,7074|
[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | |14,3282 |4,9339 |9,7074
|14,3282 |1,0004 |1,0006 |1,0007 | |2.3.Графики:[pic],[pic],[pic],[pic],[pic].[pic]Наклонная линия характеризует 2 наложенных друг на друга графика функций [pic]и [pic].Линия, почти параллельная оси абсцисс, характеризует 3 наложенных друг на друга графика функций [pic], [pic] и [pic].
2.4. Выводы:
1. из таблицы 1 видно, что величину полного термического сопротивления и коэффициента теплопередачи определяет термическое сопротивление теплоотдачи со стороны стенки, омываемой свободным потоком атмосферного воздуха.
2. из графика, таблиц 2 и 3 видно, что увеличение коэффициента теплоотдачи и поверхности стенки со стороны горячей жидкости, а также изменение материала стенки практически не увеличивают теплопередачу. А увеличение коэффициента теплоотдачи и поверхности стенки со стороны воздуха является эффективным средством ее интенсификации, поскольку термическое сопротивление со стороны стенки, омываемой свободным потоком атмосферного воздуха, вносит наибольший вклад в полное термическое сопротивление теплопередачи.
3. необходимо уменьшать наибольшее из частных термических сопротивлений, предварительно численно вычислив каждое сопротивление.-----------------------
W
www.neuch.ru
