Теория тепломассообмена

Вариант 22 

Задание.

Тепло дымовых  газов передаётся через стенку котла  кипящей воде. Принимая температуру  газов t_f1=900ºC, воды t_f2=125ºC, коэффициент теплопередачи газами стенке α₁=50Вт/(м²град) и от стенки воде α₂=4000Вт/(м²град) и считая стенку плоской, требуется: 

1. Подсчитать  термические сопротивления R, коэффициенты теплопередачи, эквивалентные коэффициенты теплопроводности и количества передаваемого тепла от газов к воде через 1 м² стенки за 1 сек для следующих случаев:

      а) стенка стальная, совершенно чистая, толщиной δ₂=12мм (λ₂=50 Вт/м*град);

      б) стенка медная, совершенно чистая, толщиной δ₂=23мм (λ₂’=350 Вт/м*град);

в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем  накипи толщиной  
δ₃=3мм (λ₃=2 Вт/м*град);

г) случай «в», но поверх накипи имеется слой масла толщиной  
δ₄=1мм (λ₃=0,1 Вт/м*град);

д) случай «г», но со стороны газов стенка покрыта  слоем сажи толщиной  
δ₁=2мм (λ₁=0,1 Вт/м*град);

2. Приняв количесво  тепла для случая «а» за 100%, подсчитать в процентах тепло  для всех остальных случаев.

3. Определить аналитически температуры всех слоёв стенки случая «д».

4. Проверить  подсчитанные температуры графически;

5. Построить для случая «д» линию падения температуры в стенке. 

Решение. 

Определение термических  сопротивлений: 
от газов к стенке:

      R₁=1/ α₁=1/50=0.02 м²·град/Вт; 
от стенки кипящей воде:

      R₂=1/ α₂=1/4000=0.00025 м²·град/Вт; 
стальной стенки котла: 
 R₃=δ₂/ λ₂=0,016/50=0,00024 м²·град/Вт; 
медной стенки котла: 
 R’₃=δ₂/ λ’₂=0,016/350=0,00003429 м²·град/Вт; 
слоя накипи: 
 R₄= δ₃/ λ₃=0.0015 м²·град/Вт; 
слоя масла:

      R₅= δ₄/ λ₄=0.01 м²·град/Вт; 
слоя сажи: 
 R₆= δ₁/ λ₁=0.01 м²·град/Вт. 

Определение коэффициентов  теплопередачи:

 
Чистой стальной стенки «а»:

      k=1/( R₁+ R₂+ R₃)=48.804 Вт/(м²град)

       
чистой медной стенки «б»:

      k=1/( R₁+ R₂+ R’₃)=49.299 Вт/(м²град);

       
при наличии  слоя накипи: 
k=1/( R₁+ R₂+ R₃+ R₄)=45.475 Вт/(м²град); 
 
при наличии слоя масла:

k=1/( R₁+ R₂+ R₃+ R₄+ R₅)=31,2598 Вт/(м²град); 
 
при наличии слоя сажи: 
k=1/( R₁+ R₂+ R₃+ R₄+ R₅+ R₆)= 23,8151 Вт/(м²град); 

Определение эквивалентных  коэффициентов теплопроводности:

 
 «в»: