Контрольная работа по "Теплотехнике"

В 57

Задача №1.

Определить коэффициент теплопередачи и плотность теплового потока, проходящего через плоскую стальную стенку парового котла толщиной                  δ= 12 мм с коэффициентом теплопроводности материала стенки                              λ=50 Вт/(м·К), для двух случаев. В первом случае: температура газов                           Тж1 = 1000 ºC, температура кипящей воды Тж2 = 160ºC, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1=140 Вт/(м2·К) и от стенки к кипящей воде α2=4500 Вт/(м2·К). Во втором случае в процессе эксплуатации поверхность нагрева со стороны газов покрылась слоем сажи толщиной δС= 1 мм с коэффициентом теплопроводности λС=0,08 Вт/(м·К) и со стороны воды слоем накипи толщиной δН= 6 мм с коэффициентом теплопроводности                      λН=0,8 Вт/(м·К). Температуры газов и воды остается без изменения.

Вычислить температуры поверхностей нагрева в первом случае и температуры поверхностей между слоями во втором случае, а также определить, во сколько раз уменьшится коэффициент теплопередачи с появлением слоев сажи и накипи.

РЕШЕНИЕ:

Первый случай. Теплопередача при чистых поверхностях нагрева парового котла соответствует теплопередаче через однослойную плоскую стенку неограниченной длины при граничных условиях III рода (рис.1.).

[pic 1]

Рисунок 1 – Теплопередача через плоскую однослойную стенку при граничных условиях III – рода.

Определим коэффициент теплопередачи как величину обратную полному термическому сопротивлению теплопередачи через однослойную плоскую стенку:

[pic 2]

[pic 3]

Плотность теплового потока

[pic 4]

Температуру стенки со стороны газов определяем по формуле:

[pic 5]

Температуру стенки со стороны воды определяем по формуле:

[pic 6]

Второй случай. Теплопередача при появлении слоев сажи и накипи в котле соответствует передаче теплоты при граничных условиях 3 рода через трехслойную стенку неограниченной длины (рис.2).

[pic 7]

Рисунок 2 – Теплопередача через многослойную плоскую стенку при граничных условиях III – рода.

Полное термическое сопротивление теплопередачи складывается из частных термических сопротивлений:

[pic 8] - термическое сопротивление теплопередачи от горячих газов к поверхности стенки;

[pic 9] - термическое сопротивление теплопередачи от стенки к кипящей воде;

И термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев:

[pic 10] - термическое сопротивление теплопроводности слоя сажи;

[pic 11] - термическое сопротивление теплопроводности слоя металла;

[pic 12]- термическое сопротивление теплопроводности слоя накипи.

Коэффициент теплопередачи через трехслойную плоскую стенку определяем по формуле:

[pic 13]

[pic 14]

Плотность теплового потока находим по уравнению:

[pic 15]

Температура наружного слоя сажи

[pic 16]

Температура внутренней поверхности сажи и металлической поверхности со стороны газов:

[pic 17]

Температура стенки котла со стороны воды:

[pic 18]

Температура внешней поверхности накипи (со стороны воды)

[pic 19]

Уменьшение тепловой нагрузки и коэффициента теплопередачи в

[pic 20]

Или на

[pic 21]

Кроме того, расчеты показывают, что температура стальной стенки с появлением сажи и накипи возрастает с [pic 22]до [pic 23]. Дальнейшее увеличение толщины накипи приводит к значительному росту температуры стальной стенки, что может привести к аварии котла.

Вопросы:

1. Какое из частных термических сопротивлений во втором случае в большей степени влияет на величину коэффициента теплопередачи?

[pic 24] - термическое сопротивление теплопроводности слоя сажи;

[pic 25]- термическое сопротивление теплопроводности слоя накипи.

1. Как изменилась температура металлической стенки котла после образования слоев сажи и накипи?

Температура стальной стенки с появлением сажи и накипи возрастает с [pic 26]до [pic 27]. Дальнейшее увеличение толщины накипи приводит к значительному росту температуры стальной стенки, что может привести к аварии котла.