Автор: Семенов Ю.П. Дмитроц В.А. Левин А.Б.
Теги: промышленность теплотехника теплоснабжение лесная промышленность задачи по теплотехнике
Год: 1986
Текст
УДК [658.264 : 536.2] 630*3 (075.8)
Сборник задач по теплотехнике и теплоснабжению предприятий лесной
и деревообрабатывающей промышленности. Учебное пособие для вузов / Ю. П.
Семенов, В. А. Дмитроц, А. Б. Левин и др. — М Лесн пром-сть, 1986 — 144 с.
Составлен на основе программы курса теплотехники для неэнергетических
вузов с учетом специфики предприятий лесной промышленности. Включены
задачи по теоретическим основам теплотехники, по тепло- и массообмену как
важнейшему процессу в технологии гидротермической обработки древесины.
Приведены расчеты теплообменных аппаратов, применяемых в отрасли, а
также задачи по котельным установкам и теплоснабжению предприятий.
Для Студентов лесотехнических вузов
Табл. 42, ил. 17, библиогр — 7 назв.
Авторы Ю П Семенов, В. А. Дмитроц, А. Б Левин, В. А Беляков,
В. Д. Котенко, В. И. Булгаков
Рецензенты: кафедра теплотехники Архангельского лесотехнического
института, проф. П. А. Баскаков (Уральский политехнический институт)
Юрий Павлович Семенов, Виктор Андреевич Дмитроц,
Андрей Борисович Левин, Владимир Алексеевич Беляков,
Владимир Дмитриевич Котенко, Виктор Иванович Булгаков
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ТЕПЛОТЕХНИКЕ
И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЮ ПРЕДПРИЯТИИ
ЛЕСНОЙ И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Редактор издательства Л. С Рожкова
Оформление художника В И Воробьева
Художественный редактор Н. Г. Глебовский
Технические редакторы В М Волкова, Е Б Капралова
Корректоры О А Проулков а, Е Н Бегунова
Вычитка Г. К Пигрова
ИБ № 2029
Сдано в набор 18 12 85 Подписано в печать 29.04.86 Т-13’126.
Формат 60X90/16. Бумага для множительных аппаратов. Гарнитура литера-
турная. Печать высокая. Усл. печ л. 9,0. Усл. кр -отт. 9,25. Уч.-изд. л. 9,12.
Тираж 4100 экз Заказ 1713. Цена 30 коп
Ордена «Знак Почета» издательство «Лесная промышленность».
101000, 'Москва, ул Кирова, 40а
Московская типография № 8 ВГО «Союзучетиздат»
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
107Q78, Москва. Каланчевский туп,, д. 3/5
с 39051010000^0(54
037(01)—86
67— 86
© Издательство «Лесная промышленность», 1986 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сборник задач предназначен в качестве учебного пособия
для студентов лесотехнических вузов и составлен в соответствии
с действующей учебной программой дисциплины «Теплотехни-
ка» для неэнергетических специальностей с учетом специфики
отрасли. Наряду с задачами по технической термодинамике,
теплопередаче и котельным установкам включены задачи, свя-
занные с вопросами теплоснабжения лесозаготовительных и де-
ревообрабатывающих предприятий. Учитывая важность процес-
сов тепло- и массопереноса в гидротермической обработке дре-
весины и в производстве плитных материалов авторы выделили
в отдельный раздел задачи по тепло- и массообмену в капил-
лярно-пористых телах.
Сборник задач ориентирован не только на индивидуальную
работу студентов, но и на работу академической группы в ауди-
тории. В связи с этим для большинства задач предусмотрено по
25 вариантов условий. Сделав необходимые пояснения, препода-
ватель может предложить каждому студенту решить одну и ту
же задачу, но с различными исходными данными. В то же вре-
мя имеется возможность, используя все .25 ответов, обсудить
влияние условий на конечный результат, например, влияние сте-
пени сжатия на КПД цикла и т. п. Условия для многовариант-
ных задач приведены в таблицах в соответствии с номером и
индексом варианта. В конце сборника даны ответы на все зада-
чи для варианта 1а. Необходимые для решения задач расчетные
формулы в основном приведены в начале каждого из разделов,
а справочные данные — в приложениях.
Включены в сборник также вопросы с альтернативными от-
ветами. Неверных ответов не приводится. Набору вопросов со-
ответствует набор ответов. Следует только выбрать правильный
ответ на данный вопрос. Наконец, приведены задания на расчет-
но-графические работы в соответствии с учебной программой
дисциплины. По каждому заданию предлагается по сто вариан-
тов исходных данных.
Сборник задач написан преподавателями Московского лесо-
технического института Ю. П. Семеновым, В. А. Дмитроцем,
А. Б. Левиным за исключением разделов 1 и 6, написанных ими
совместно с В. А. Беляковым ’ и пп. 3.1.2. и 3.2, написанных
В. И. Булгаковым и В. Д. Котенко.
1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
1.1. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
1.1.1. Уравнение состояния идеального газа
pv — RT, (1.1)
р IZ= GRT,
(1.2)
где Т — абсолютная температура, К; v — удельный объем, м3/кг;
р — абсолютное давление, Па; /? = 8314/ц— газовая постоянная,
Дж/(кг-К); р — молекулярная масса газа, кг/кмоль; V — объем
газа, м3, массой G, кг.
Нормальные физические условия: /н = 0° С = 273,15 К; рн=
= 760 мм рт. ст.= 101 325 Па.
1.1.2. Теплоемкость
Средняя теплоемкость в рассматриваемом процессе при из-
менении температуры от Л до t2
где <?1-2 — количество теплоты, подведенное к единице количест-
ва вещества при нагреве от Л до t2.
Величины средней в диапазоне изменения температуры от 0
до t мольной теплоемкости кДж/(кмоль-К) при постоянном
давлении различных газов приведены в приложении 1.
Массовая теплоемкость с = сДц кДж/(кг-К), где ц— молеку-
лярная масса, кг/кмоль.
Объемная теплоемкость с' — cvj 1/р. кДж/(м3- К), где Vp. =
= 22,4 м3/кмоль — объем моля газа при нормальных условиях.
Обычно объемная теплоемкость рассматривается при нормаль-
ных условиях.
Теплоемкость в политропическом процессе
— гг, - . (1.4)
п — I
где п — показатель политропы; k = cp/cv — показатель адиаба-
ты; cv — теплоемкость в изохорическом процессе; ср — теплоем-
кость в изобарическом процессе; показатель адиабаты k для
одноатомных газов равен 1,67, двухатомных 1,4," трехатомных
1,33.
4
Уравнение Майера
cp — cv = R. (1.5)
Массовая теплоемкость смеси газов
c = isiCi, (1.6)
1=1
где gi — массовая доля i-ro компонента; а — массовая теплоем-
кость г-го компонента.
Объемная теплоемкость смеси газов
п
с' = ^г1С1', (1.7)
i = i
где /"< — объемная доля г'-го компонента; с'г — объемная тепло-
емкость t-го компонента.
Теплота, необходимая для нагрева газа массой G,
Q = G са |'2 (t2 — t^—G (сПз t2 - сп, Л), (1.8)
2
где сп — средняя массовая теплоемкость в диапазоне измене-
л
ния температуры от h до t2 для соответствующего процесса;
сп, и <?п2 — средние массовые теплоемкости в диапазоне измене-
ния температуры соответственно от 0 до Л и от 0 до t2.
1.1.3. Смеси газов
Формулы для расчета смесей газов приведены в табл. 1.1.
1.1.4. Термодинамические процессы идеального газа
Формулы для расчета термодинамических процессов приве-
дены в табл. 1.2.
1.1.5. Термодинамические циклы
Термический КПД цикла
Ч = (<7i — 1^1)71. (1-9)
где qi и q2 — соответственно подведенная и отведенная теплота
в цикле.
Термический КПД цикла Карно
Т]кг — 1 — T’min/T’max, (1.10)
где Лпах и 7\nin — соответственно температуры горячего и хо-
лодного источников.
5
1 1 ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА
Состав смеси задан Расчет состава смеси Плотность и удельный объем смеси
Массовыми долями gt Объемными долями г( gj п 2-^- i v-i 2 о 1 1 2 v — У S{ исм — 71 — 1 Pi 1 рем V gj 1 Pi п Рем — 1 1 ^см п 1 . ФОРМУЛЫ для РАСЧЕТА
Процесс Соотношение между параметрами Работа, Дж/кг
Изохорический v = const Изобарический р = const Изотермический pv = const Адиабатический pvk = const Политропический pvn = const . - ""Iе „ ..1 •-1 г ьТ « А £ « Са- Е—ч Г-Ч & Гч W Гч -ч «Ч А’ А '"А1 “ ® II " <м м -н -« _ | I е Е-ч Е-ч «1 g Т е| а. » а. »s А %? £ 1 = 0 1 = р(Р2 — 01) Pl 1 = 7?Пп— Р2 1- .R , (Т1-Т2) к—1 D 1- п . (Т1-Тг) п — 1
в
ТАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Молекулярная
масса смеси
Газовая постоянная
смеси
Парциальное
давление
1
Н'см-------—
V
т
п
Лем = giRi
1
Л{
Pl^gi—PCM
К CM
Pl s ГipCM
п
Рем = Т/Ц/
1
аэ _ 8314
Кем — --------
п
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Теплота, Дж/кг, Изменение энтропии,
теплоемкость, Дж/(кг К) Дж/(м К)
q = с0(Т2 —Л); As — с01п- T2
С = Су Ti
q = СР(Т2 — Т1) = i2 — j,; As ~ Cpln T.
С = Ср Ti
q = 1; с = ±оо As = /?1п ~ V2 = 7?ln —
P2. Vt
q = 0; с = 0 As = 0
п — k n — k , Тг
g = Co (Тг-ТО; t As = Cy In —
п — 1 n — 1 Ti
п — k
Сп — Су ~
п — 1
Холодильный коэффициент
\q]\/(\q2\-ql)=ql/lll, (1-11)
где q\ — теплота, отводимая от холодного источника; q? — теп-
лота, переданная источнику с большей температурой; /ц—ра-
бота цикла.
Холодильный коэффициент обратного цикла Карно
1.1.6. Водяной пар
Критические параметры водяного пара: /Кр=374,15° С, /?кр =
= 22,129 МПа, окр=0,00326 м3/кг, 1кр = 2095,2 кДж/кг, sKp=
= 4,4237 кДж/(кг-К).
Параметры воды и водяного пара на линии насыщения при-
ведены в приложении 2.
Более подробно параметры воды и водяного пара даны в
работе [3].
Параметры влажного пара:
удельный объем vv = xv" 4- (1—x)v'; (1-13}
энтальпия ix — i'+xr, (1-14)
внутренняя энергия ux~ix— pvx, ' (1.15)
энтропия Sj. = s" x + s' (1 — x). (1.16}
В формулах (1.13—1.16): v' — удельный объем воды в со-
стоянии насыщения, м3/кг; i' — энтальпия воды в состоянии на-
сыщения, кДж/кг;
1 3 ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОТЫ И РАБОТЫ В ПРОЦЕССАХ
ВОДЯНОГО ПАРА
Процесс Теплота Работа
Изохорический q = «2 — q = (t2 — й) — —Pi) I = 0
Изобарический q = Ui — Ui + + р(и2 —ui); q = i2 — it I = q — \u
Изотермический q = T(s2 — Si) I = q — A«
Адиабатический q = 0 I = щ — u2 / = (ii — piVi) — — (i2 — PzV2)
8
г — теплота парообразования, кДж/кг; s' — энтропия воды в
состоянии насыщения, кДж/(кг-К); s" — энтропия сухого насы-
щенного пара, кДж/(кг-К).
Значения энтальпии i и энтропии s воды и водяного пара
принимаются равными нулю при / = 0°С и давлении насыщения,
соответствующем этой температуре.
Формулы для расчета теплоты и работы в процессах водя-
ного пара приведены в табл. 1.3
1.1.7. Истечение и дросселирование газов и паров
Критическое отношение давлений
k
(1-17)
где k=cplcr (для двухатомных газов £кр = 0,528, для перегретого
пара ркр = 0,546, насыщенного пара ркр=0,577), ркр— давление
в сечении сопла, в котором скорость равна скорости звука.
При — Дгркр истечение будет происходить в дозвуковой об-
Pi
гр„
ласти, при — <ркр — в сверхзвуковой области.
Pl
Скорость истечения
®'2 = V 2 (z\ — z2) + w{2.
(1.18)
(1-19)
+ да?;
Расход (по уравнению неразрывности G = wf/v)
В формулах (1 17—1.20) индексом 1 обозначены параметры
на входе, индексом 2 — на выходе; Д — площадь выходного се-
чения, м2.
Истечение из суживающихся сопел (Р<(Зкр) •
Скорость истечения w2 при ргДркр равна максимально возмож-
ной скорости Юкр, не зависящей от отношения pzlpi,
®'кр — |/ 2 k i рх t'j.
(1-21)
9
Максимально- возможный расход
(1.22)
Истечение из комбинированного сопла (сопло Лаваля).
Скорость -истечения w2 и расход G определятся по формулам
(1.17, 1 18).
Площадь минимального (критического) сечения
/mln — (^Т'кр), ^’кр>
(1-23)
где г?кр, ®кр — удельный объем и скорость в критическом сече-
нии, определяемая по формуле (1.21).
Площадь выходного сечения
G __ . шкрвд
(1-24)
1
где v2 = Vi(—V —удельный объем при давлении р2.
\ Pi /
Истечение с учетом сопротивлений.
Действительная скорость истечения
аугд = да w2,
(1.25)
где ф — скоростной коэффициент сопла, определяемый экспери-
ментально; ф = 0,95ч-0,98.
Действительный расход
G{ = ^G. (1.26)
Адиабатическое дросселирование.
-Z2+-V; (Ь27>
ИЛИ 11 = 12 при W1 = Ш2.
1.1.8. Компрессоры
Работа сжатия 1 кг газа в одноступенчатом компрессоре:
при изотермическом сжатии
I — In ; (1.28)
Pl
10
при адиабатическом сжатии
если
k
----Pi
k— Г
fe-1
, k~
Pt \ _ |
Pl /
cp=const, то 1 = ср(Т2—Г1);
при политропическом сжатии
1 п
I = ---ZPlVi
п— 1
п — 1
-1
Pl )
(1.29)
(1.30)
(1-31)
(1.32)
/
^2 1 >
В формулах (1.28—1.32) индексом 1 обозначены параметры
на входе в компрессор, индексом 2 — на выходе.
Количество отводимой теплоты в одноступенчатом компрес-
соре при сжатии 1 кг газа
9 = с,^(Т2-7’1). (1.33)
п — 1
Мощность привода компрессора (теоретическая)
A'=/G, (1.34)
где G — производительность компрессора.
Степень повышения давления в одной ступени многоступен-
чатого компрессора
(135)
V Pi
где z — число ступеней компрессора; pi — начальное давление;
рк — конечное давление.
Работа сжатия 1 кг газа в многоступенчатом компрессоре
l~zlh (1.36)
где h — работа в одной ступени.
Мощность привода многоступенчатого компрессора
N=zNit (1.37)
где Ni — мощность одной ступени.
Количество отводимой теплоты от многоступенчатого ком-
прессора
Q=[zq+(z~ l)<Znx]G, (1.38)
где q — теплота, отводимая от одной ступени;
11
! п 1 \
qnx — CpT, (p " — 1 ) —теплота, отводимая в промежуточном
холодильнике.
1.1.9. Цикл воздушной холодильной машины (рис. 1.1)
Рис 1 1. Принципиальная схема (а) и цикл (б) воздушной холодильной ма-
шины:
Д — детандер, ОХ — охладитель, /( — компрессор, ХК— холодильная камера, 1, 2, 3,
4 — крайние точки цикла, — подводимая теплота, qj — отводимая теплота
Работа сжатия в компрессоре
= = (1-39)
Работа расширения в детандере
^ = cp(T3-7\)=:z3-Zs. (1.40)
Холодопроизводительность
Чу— cp{Ti Т 0 — г" 1 h- (1-41)
Отводимое тепло в цикле
72-с,(^-Л) = /3-Л. (1.42)
Холодильный коэффициент
е — (1<72| — (1-43)
В формулах (1.39—1.42) 1К, 1Я, q-, и д2 отнесены к 1 кг рабо-
чего тела, цифровые индексы у Т и с соответствуют номерам
крайних точек цикла.
1.1.10. Циклы ДВС
Формулы для расчета циклов приведены в табл. 1 4.
12
Схема цикла
1 4 ЦИКЛЫ ДВС
Характеристики цикла
Теплота подводится при
V = const (цикл Отто)
е = vi/v2,
X — PsiРг
Подведенная и отведенная
Аг теплота
qi = c„(T3 — Ti);
42 = c0(Ti — Т4)
Термический КПД цикла
n< = 1
en
Теплота подводится р = const (цикл Д е = О1/ц2, р = V3/v2 при 1зеля) *71 — Ср(Тз — Т'г), q2 = cv(Ti — Г4) „ _ , 1 Р*-1 * Ек"1 Й(р—1)
Теплота подводится при п 1 1 У
v = const и р = const Тринклера) (цикл 1 Хр*-!
е = Vi/V2 к = Р2/Р2 Р = v3/v/ <7i = cv(T3 — Т2) + + cp(Ti — Гз); <?з = сДТ1 — Т4) (Х-1.)+/гХ(р-1)
Примечание Цифровые индексы у р, v и Т соответствуют номерам крайних точек цикла, е — степень сжатия, X —
степень повышения давления; р— степень предварительного расширения.
1.1.11. Цикл ГТУ с подводом теплоты при p = const (рис. 1.2)
Рис 1 2 Принципиальная схема (я) и цикл (б) ГТУ с подводом теплоты при
постоянном давлении
ПТ — подача тотива Л'Г — Ла юра сюрания, Г1 —гаюваа т\р<. ина. К — комще сор,
ПВ — подвод воздуха ПС — уд?чепие продуктов сгорания в аимосфору, Т)Г— 4Лскт[О-
генератор /, 2, 3, 4 — крайние точки цикла, q\ — подводимая теплота q>— огводимад
теп юта
Характеристики цикла: e = Vi/i>2 — степень сжатия; Х =
— pilpi -степень повышения давления.
Термический КПД цикла
(114)
= 1
1 _
fe-l
Л *
1 4 )
14
1.1.12. Цикл паросиловой установки (цикл Ренкина) (рис. 1.3)
Рис 13 Принципиальная схема (а) и цикл (б, в. г), паросиловой установки:
ПК — паровой котел, ПП — naponepei рсватель ПГ — паровая турбина, К—конденса-
тор, Н — на<ос, ЭГ — электро!оператор, 05 — подвод охлаждающей воды, 1, 2, 3, 4, 5,
6 — крайние точки цикла
Термический КПД цикла
й
(1-46)
где h = i\—iz — располагаемый теплоперепад или полезная ра-
бота.
15
Относительный внутренний КПД двигателя
= (1.47)
h 11 — h
где /гд=й—12д — действительный теплоперепад (с учетом по-
терь).
Абсолютный внутренний КПД установки
4=7^- , (1.48)
*1 — 4
В формулах (1.46—1.48) й и 12 — начальное и конечное зна-
чения энтальпии пара в адиабатическом процессе расширения
1—2; i3 — энтальпия кипящей жидкости (конденсата) при дав-
лении р2, йд=й—(й—й)т]ог— конечное значение энтальпии в
адиабатическом процессе расширения с учетом потерь в двига-
теле 1—2Д.
Удельный расход пара, кг/(кВт-ч),
(/==-^22--- (1.49)
й~ hi
Удельный расход теплоты, кДж/(кВт-ч),
Q = —
(1.50)
Термический КПД цикла с промежуточным перегревом пара
(рис. 1.4)
(й '— й) + (й — * 2)
(й — Й) 4- (й — й)
(1-51)
Термический КПД регенеративного цикла с одним отбором
Рис. 1.4.
Й Й 7 (йтб Й) ( | 52)
Ч i отб
где а — доля отобранного па-
ра;
а = Г»1б~-Ь , (1.53)
й гз
/'отб — энтальпия конденсата
при давлении отбора;
гОтб — энтальпия пара, отби-
раемого из турбины; i3— эн-
тальпия конденсата при ко-
нечном давлении пара.
16
Удельный расход пара в регенеративном цикле, кг/(кВт-ч),
1.1.13. Влажный воздух
Относительная влажность воздуха
(1-55)
где рн — давление насыщения водяного пара при температуре
смеси (приложение 2); рп— парциальное давление пара.
Влагосодержание, г/кг,
rf=Aln/AlB^pnCB, (1.56)
где Мп и рп — масса, г, и плотность, г/м3, пара соответственно
во влажном воздухе; Мв и рв — масса, кг, и плотность, кг/м3,
сухого воздуха.
Влагосодержание выражается через парциальное давление
рп и давление смеси р-
d= 622pn/(p-p„). (1.57)
Параметры влажного воздуха находятся по I—d диаграмме
(приложение 24).
1.2. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ. СМЕСИ ГАЗОВ*
1.1. Определить плотность р, удельный объем v и газовую
постоянную R для СО2 при давлении р и" температуре ti
1.2. В емкости объемом 2' м3 избыточное давление воздуха
равно pi при температуре ti. После использования части возду-
ха давление понизилось до р2, а температура до 15° С. Опреде-
лить,'сколько воздуха израсходовано при барометрическом дав-
лении 760 мм рт. ст.
1.3. Газовая смесь состоит из водорода Н2, окиси углерода
СО и метана СН4 Состав смеси задан массовыми долями
£н„ geo и ^сн4 0,1. Определить объемные доли компонентов,
газовую постоянную и удельный объем при давлении р и темпе-
ратуре t
1.4 На 1 кг сухого воздуха во влажном воздухе приходится
d граммов водяного пара. Определить массовые и объемные
доли сухого воздуха и водяного пара, удельный объем смеси
при температуре t и давлении 0,1 МПа, газовую постоянную и
молекулярную массу смеси (/?ВО.,Д = 287 Дж/(кг-К), ЦвОЗД=
= 29 кг/кмоль)
1 5 Сосуд разделен перегородкой на две части, имеющие
объемы Vi = 0,3V2. В части объемом Vi содержится двуокись
f Исходные данные задач приведены в табл. 1 5
2—1713 ' 17
углерода при давлении 0,25 МПа и температуре Л, а в части
объемом V2 кислород при давлении р2 и температуре t2. Опре-
делить массовые gi и объемные г{ доли СО2 и О2, молекулярную
массу смеси цсм и ее газовую постоянную /?сч после того, как пе-
регородка будет убрана и процесс смешения закончится.
1.6. Определить парциальные давления pt кислорода и азота
в смеси при давлении р, если задана массовая доля кислорода
Ко,-
1.3. ТЕПЛОЕМКОСТЬ. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ*
1.7. В герметичном сосуде объемом 50 м3 находится воздух
при температуре 6 и давлении р\. Определить количество тепло-
ты Q, затраченное на нагревание воздуха до температуры /2, и
давление р2.
1.8. Какое количество теплоты q отводится от 1 кг газовой
смеси, если при постоянном давлении температура смеси пони-
жается от 71 до t2 °C Объемный состав смеси газов- гСо2 = 8%;
Го2 = 220ь:
1 9. На сжатие 10 кг СО2 затрачена работа L, при этом внут-
ренняя энергия газа изменилась на АП. Определить количество
теплоты Q и указать, подводится она или отводится от газа;
определить изменение температуры А/ и энтальпии А/ газа.
Принять, что теплоемкость газа не зависит от температуры и
равна ее значению при нормальных условиях
1.10. Начальное состояние воздуха определяется температу-
рой ti и давлением р\. Определить работу расширения L одного
киломоля воздуха до давления 0,1 МПа в процессе с показате-
лем политропы п. Найти изменение внутренней энергии АП и
энтальпии А/, количество теплоты Q.
1 11 Смесь из 2 кг кислорода и 30 кг азота адиабатно рас-
ширяется до V2 = nVt. Начальные параметры смеси pi и Л Оп-
ределить давление р2, температуру И, работу расширения L и
изменение внутренней энергии AU.
1 12. Поршень площадью 0,01 м2 нагружен постоянной силой
К=15 кН В цилиндре под поршнем находится 2-10у3 кмолей
азота при температуре t}. К газу через стенки цилиндра подво-
дится теплота Q, вследствие чего газ расширяется. Определить
температуру t2 и удельный объем v2 в конце процесса, а также
изменение внутренней энергии АП, энтальпии А/ и работу рас-
ширения L.
1.4. бТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ. ЦИКЛЫ*
1 13 В обратимом изохорическом процессе 5 кг воздуха на-
греваются от температуры 7, до температуры /2. Определить из-
менение энтропии AS и подведенную теплоту Q
f Исходные данные задач приведены в табл. 1 5.
18
1.14 Смесь из 3 кг С02 и 10 кг N2 сжимается политропиче-
ски с показателем политропы п= 1,25 от давления р\ до р2. Оп-
ределить изменение энтропии AS, считая процесс обратимым.
Начальная температура смеси равна 15° С.
1.15. Стальной шар массой 10 кг падает с высоты Н на бе-
тонное основание без отскока. Определить изменение энтропии
As системы шар — основание, если температура шара и основа-
ния равна t.
1 16 Определить изменение энтропии As 1 Кг азота в обра-
тимом изобарическом процессе при давлении р, если начальный
удельный объем и = 0,1 м3/кг, конечная температура 12.
1.17. Определить термический КПД цикла гр теплового дви-
гателя и отведенную теплоту Q2, если подведенная теплота рав-
на Qi, а полезная работа L.
1.18 Цикл Карно осуществляется в интервале температур от
Л до t2. Подводимая в цикле теплота qt равна 380 кДж/кг Оп-
ределить максимальное давление в цикле pi, термический КПД
тр и полезную работу /, если минимальное давление р>. Рабочее
тело — воздух.
1.19. Температура идеального газа при подводе тептоты в
цикле Карно равна Л, а температура при отводе теплоты t2. Оп-
ределить термический КПД цикла тр, количество подведенной
Qi и отведенной Q2 теплоты за 1 ч, если мощность тепловой ма-
шины, работающей по этому циклу, Л/ = 10 кВт.
1.5. ВОДЯНОЙ ПАР*
1 20 Для влажного пара давлением pi и степенью сухости
Xi и х2 определить удельный объем и, температуру t, энтальпию
I, энтропию s и внутреннюю энергию и.
1.21. Водяной пар при давлении р имеет температуру t. Оп-
ределить удельный объем v, энтальпию t и энтропию s пара.
1 22 Определить количество подведенной теплоты Q, если
10 кг сухого насыщенного пара, имеющего удельный объем v,
нагреть при u = const до температуры t. Во сколько раз при
этом возрастет давление пара?
1.23. Температура питательной воды, поступающей в котел,
равна ti, абсолютное давление в котле р. Определить теплоту q,
подводимую в котле для получения 1 кг сухого насыщенного
пара, и его температуру tn.
1.24 1 кг водяного пара давлением pt расширяется адиаба-
тически до давления р2. Начальная температура пара ti. Опре-
делить работу расширения I и параметры пара в конце процес-
са расширения t2, i2, s2. v2.
1 25. Определить теплоту Q, необходимую для перегрева
25 кг водяного пара, имеющего параметры р, х, если темпера-
тура перегретого пара t2. Пар перегревается при p = const.
* Исходные данные задач приведены в табл 1 5
2
19
1 26. В барабане парового котла объемом 10 м3 находится
G кг воды и сухой насыщенный пар при давлении р. Опреде-
лить массу пара Gn в барабане котла.
1.27. Насыщенный пар со степенью сухости л' = 0,85 подсуши-
вается и перегревается при постоянном давлении pi до темпе-
ратуры t, затем адиабатически расширяется до давления р2.
Определить количество подведенной к 1 кг пара теплоты q и
располагаемый теплоперепад h — ii—i2.
1.6. ИСТЕЧЕНИЕ И ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ *
1.28 Перегретый водяной пар с начальным давлением pi и
температурой G адиабатически расширяется в сопле до давле-
ния р2. Определить тип сопла и площадь минимального сечения
сопла /1П,П, если расход пара G = 5 кг/с.
1 29. Воздух с начальным давлением pi и температурой tt
расширяется в сопле до давления р2. Определить тип сопла и
теоретическую скорость истечения ш2, если начальная скорость
газа гщ = 2,5 м/с.
1 30. Определить площадь выходного сечения [2 парового соп-
ла при скорости пара на входе гщ = 20 м/с и расходе G =
= 20,5 кг/с. Параметры пара на входе pi и ti, давление за соп-
лом принять по условиям задачи 1.28
1.31. Определить скорость истечения w2 и размеры сопла Ла-
валя круглого сечения di, dKP, d2 и длину расширяющейся ча-
сти I, если водяной пар расширяется без потерь энергии от дав-
ления pi и температуры t\ до давления р2. Расход пара G =
= 0,8 кг/с Начальная скорость пара со = 30 м/с. Угол конусности
расширяющейся части 8°
1 32 Водяной пар давлением pi и степенью сухости х = 0,95
дросселируется до давления р2. Определить температуру /2 и
удельный объем пара v2 в конце процесса дросселирования.
1 33 Определить изменение энтропии As водяного пара и
изменение температуры Д/ при дросселировании по условиям
задачи 1.32.
1.34 . Определить параметры водяного пара t\, Х\, Vi, i>, Si в
паропроводе до регулирующего клапана, если после дроссели-
рования в клапане давление пара становится равным р2 и тем-
пература /2=150° С Давление в паропроводе р\.
1.7. КОМПРЕССОРЫ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ *
1.35 В поршневом компрессоре сжимается 300 м3/ч воздуха
при начальной температуре G от давления pi = 0,101 МПа до
давления р2. Определить теоретическую мощность привода ком-
прессора N и температуру воздуха в конце сжатия <t2. Расчет
произвести для изотермического и адиабатического сжатия.
* Исходные данные задач приведены в табл. 1 5
20
1.36 . Определить теоретическую мощность привода компрес-
сора У, если сжатие происходит по политропе с показателем
/1=1,2. Исходные данные принять по условиям задачи 135.
1 37. Двухступенчатый компрессор сжимает СОг до давления
рз- Начальное состояние газа pi и Л. Сжатие газа происходит по
политропе с показателем га=1,22 в обеих ступенях. В промежу-
точном холодильнике газ охлаждается до начальной темпера-
туры. Степень сжатия в ступенях одинакова. Расход газа на
входе в компрессор К=200 м3/ч Вода в холодильнике нагрева-
ется на At. Определить степень повышения давления в ступенях
компрессора р, параметры газа перед входом в холодильник p2f
t2, v2 и расход охлаждающей воды GB.
1.38. Определить суммарную работу, затрачиваемую на при-
вод компрессора L, и мощность привода N по условиям задачи
1.37.
1 39. Определить мощность привода N, если компрессор бу-
дет одноступенчатым по условиям задачи 1.37.
1 40 Воздушная холодильная машина (см рис. 1.1) работает
при следующих параметрах: холодопроизводительность маши-
ны qi, давление воздуха на выходе из компрессора р2, давление
в холодильной камере pi, температура на выходе из холодиль-
ной камеры Л = 5°С. Определить холодильный коэффициент е
и количество теплоты, передаваемое окружающей среде q2
1.41. Определить холодильный коэффициент е машины, ра-
ботающей по циклу Карно с перепадом температуры, соответст-
В}юшим условиям задачи 1.40.
1.8. циклы ПОРШНЕВЫХ две И ГТУ*
1.42 . Определить термический КПД цикла ДВС (см. табл.
1.4) гр с подводом теплоты при p = const, если заданы следую-
щие параметры: щ = 0,101 МПа; 6 = 20° С; р2 и р. Рабочее те-
ло — воздух.
1743 . По условиям задачи 1.42 определить подведенную теп-
лоту qi и полезную работу I на 1 кг рабочего тела.
1 44. Для цикла ДВС с подводом теплоты при и = const (см.
табл. 1.4) заданы температуры Л = 20° С, t2 и t3 и давление
Pi = 0,101 МПа. Определить термический КПД цикла гр и срав-
нить его с термическим КПД цикла Карно в том же интервале
температур. Рабочее тело— воздух.
1.45 В цикле поршневого ДВС с комбинированным подводом
теплоты (см. табл. 1.4) заданы давление pi = 0,ll МПа и тем-
пература ti = 20° С. Степень сжатия е, степень предварительного
расширения р, степень повышения давления X. Определить
температуру в характерных точках цикла и термический КПД
тр. Рабочее тело — воздух.
Исходные данные задач приведены в табл 1 5
21
1 5. ВАРИАНТЫ УСЛОВИЙ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 1
Номер варианта Индекс варианта
№ идачи Задаваемые величины 1 2 3 4 5 Задаваемые величины a б В Г д
1.1 р1, МПа о,1 0,5 1,2 1,8 3,5 ti, °C 26,0 83,0 212,0 2.53,0 399,0
1 2 Pi, МПа °C 2.3 150 2,9 170 3,5 190 4,6 210 5,2 230 pi, МПа 0,1 0,08 0,06 0,03 0,01
1 3 gH2 0,2 0,15 0,12 0,08 0,05 p, МПа 2,5 1.8 -1,1 0,5 о, г
geo 0,7 0,7.5 0,78 0,82 0,85 t, °C 120 80 65 30 18
1.4 d, г/кг 19,2 15,8 10,4 •5,9 4,1 t, °C 55 50 15 35 2.5
1.") 1Д, м3 10,5 8,3 6,8 5,5 1,8 p,, МПа 0,08 0,06 0,01 0,02 0,01
ti, °C 35 28 0 — 10 -20 ti, °C 65 48 36 25 15
1.6 0,22 0,21 0,18 0.17 0,16 p, МПа 0,07 0,04 0,02 0,015 0,01
1 7 ti, °C Pi, МПа 80 1,9 60 2,2 10 2,8 20 3,3 0 3,9 ti, °C 130 180 195 210 230
1.8 ti, °C 1230 9,0 850 690 530 ti,,°C 0 50 140 230 360
1 .9 L, кДж 950 920 8b0 850 840 AU, кДж 150 280 0 -218 -225
1 KJ ti, °C pit МПа 408 2,0 512 2,5 536 3,0 610 3,5 691 1,0 fl 1,0 1,25 1,30 1,35 1,1
1.11 plt МПа ti, °C 1,8 300 2,0 100 2,2 500 2,4 600 2.6 700 a 1,6 2,0 3,0 4,0 5,0
1.12 ti, °c 15 20 25 30 35 Q, кДж О 10 15 20 25
1.13 ti, °c 10 20 30 40 50 ti, °C 200 250 300 350 400
1.14 pi, МПа 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 Pi, МПа 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
1.15 h, м 20 40 60 80 100 ti, °C -10,0 —2,0 +5,5 + 15,5 +20,0
1.16 ti, °C 20 80 140 200 260 p, МПа 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0
1.17 Q, кДж 50 70 90 110 130 А, кДж 20 25 23 30 ‘ 32
1.18 ti, °C 20 25 30 35 40 ti, °C 450 500 550 600 650
Pi, МПа 0,095 0,10 0,105 0,110 0,115
1.19 ti, °C 400 420 440 460 480 h, °C 15 20 25 30 35
1.20 pi, МПа 0,02 0,10 0,30 2,5 3,0 -Vi 0,80 0,85 0.90 0,95 0,98
Xi 0,2 0,3 0. 1 0,5 0,6
1.21 p, МПа 0,17 0,25 0,12 2,1 2,8 t, °C 350 300 350 400 450
1 .22 V, М3/кГ 0,05 0 1 0,2 0,3 0,5 t, °C 550 500 600 330 210
1.23 ti, °C 105 110 115 120 125 p, МПа 1,6 1,2 1,1 1,6 1,8
1 24 Pi, МПа 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 Pi, МПа 0,016 0.040 0,028 0,015 0,012
ti, °C 375 425 470 505 550
1.25 p, МПа 1 ,6 1,8 2,0 2 2 2,4 ti, °C 100 421 ' 440 460 480
X 0,95 0,96 0,97 0/98 0,99
1.26 G, кг 4500 4800 5000 5200 .5500 p, МПа 0,5 1,3 3, 1 1,0 9,0
1.27 pi, МПа 2.8 3,9 5,0 7,1 8.2 Pi, МПа 0,001 0,006 0,003 0,010 0,012
t, °C 280 350 400 450 500
1.28 pi, МПа 1,0 0,8 0,5 0,25 0,2 Pi, МПа 0,010 0,015 0 096 0,0150 0,050
ti, °C 3a0 400 300 310 360
1.29 Pi, МПа 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pi, МПа 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18
ti, °C 300 350 400 450 500
1.30 pi, МПа 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 ti, °C 25» 303 350 400 450
1 41 Pi, МПа 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 Pi, МПа 0,10 0,0 1 0,06 0,04 0,02
1.01 ti, °C 330 320 310 290 275
1.32 Pi, МПа 4, J 4,0 3,5 3 0 1,4 Pi, МПа 0,7 0 5 0,3 0,2 0,4
1.34 pi, МПа 5,0 3,0 2,0 1,5 1,0 Pi, МПа 0,3 0,21 0,2 0,1 1 0,1
1 35 ti, °C -20 -10 0 10 20 p_, МПа 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0
pi, МПа 0,08 0,10 0,12 0,14 0,15 pt, МПа 1,2 1,0 0,9 0,8 0.7
ю 1.37 ti, °C 20 10 0 —5 — 10 AZ, °C 13 18 22 24 28
CO
П родолжение
Номер варианта Индекс варианта
№ задачи Задаваемые величины 1 2 3 4 5 Задаваемые величины а б В Г д
1.40 <71, кДж/кг pt, Л1Па 10 0,12 20 0,12 30 0,12 40 0,12 50 0,12 Pi, МПа 0,3 0,1 0,5 0,6 0,7’
1. 12 Р 1,05 1,1 1,2 1,3 1,1 МПа 2 2 2,8 3,1 3,9 4,3
1.14 Д, °C 200 250 300 350 400 t.t, °C 800 850 900 950 1000
1.4") е X 15,0 1.5 15,5 1,55 16,0 1,6 16,5 1,65 17,0 1,7 Р 1,50 1, 15' 1,4 1,35 1,30
1.17 X • 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 gn 0,5 0,4 0,6 о.з 0,7
1 .48 pt, МПа ti, °C 0,092 Г>,5 0,093 20,8 0,10 25,6 0,12 30,2 0,15 35,7 ts, °C 705 745 7.55 770 820
1.50 pt, МПа 1,0 .3,5 4,7 7 9 Рг, МПа 0, 1 0,2 0,12 0,05 0,005
1.52 Pi, МПа s 9 10 11,0 12 р,, МПа 2,0 3,0 3,5 4,0 4,5
1.53 pt, МПа 5 7 10 12 11 р?„ МПа 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
1.5.5 ti. °C 350 400 450 .500 550 ро т I АА ГТ д 0,12 0,15 0,18 0,22 0,28
1.57 ti, °C 350 ;oo 450 500 550 р?, МПа N, МВт 0,4 25 0,6 12 0,8 6 1,0 10 1,2 21
1.58 tt, °C d, г/кг 10 6 16 10 21 13 25 15 30 18 С, °C 40 43 50 55 60
1 59 рп, МПа 0,0015 0,0018 0,0025 0,0021 0,0032 t, °C 68,0 53,5 47,5 39,0 .50,2
1.60 ti, °c 15 18 22 25 35 р, мм рт ст 730 740 715 750 760
1.61 t, °C 18,0 20,5 25,6 30,5 40,0 <р, % 30,0 40,5 55,5 69,0 85,0
1.62 ti, °C 70 65 60 J.J 50 <1, % 10 15 20 25 30
1.46 . Определить количество подведенной теплоты qi и по-
лезную работу I на 1 кг рабочего тела по условиям задачи 1.45.
1.47 . Определить термический КПД тр газотурбинной уста-
новки (см. рис. 1.2), работающей по циклу с подводом тепло-
ты при p=const. Степень повышения давления к. Рабочее те-
ло — воздух, гелий и смесь, состоящая из gB долей воздуха и ге-
лия.
1.48 В идеальном цикле газотурбинной установки с подво-
дом теплоты при р = const известны параметры pi, ti, t?. Опре-
делить термический КПД гр, температуру и давление в харак-
терных точках цикла, если степень повышения давления в цик-
ле Х=Ю. Рабочее тело — воздух.
1.49 Для условий задачи 1.48 определить полезную работу
в цикле /, количество подведенной qi и отведенной q2 теплоты
на 1 кг рабочего дела.
1.9. ЦИКЛЫ ПАРОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК (ПСУ)*
1 50. ПСУ работает по циклу Ренкина (см. рис. 1.3). Пар
перед турбиной имеет давление pi и температуру /1 = 450° С.
Определить работу I 1 кг пара и термический КПД цикла гр,
если давление на выходе из турбины р2.
1.51. Определить внутренний абсолютный КПД цикла ПСУ
гр и степень сухости пара х на выходе из турбины, если ее
внутренний относительный КПД цОг = 0,82. Исходные данные
принять по условиям задачи 1.50.
1.52. В паросиловой установке (см. рис. 1.4) с параметрами
пара перед турбиной pi и /1 = 550° С осуществляется вторичный
перегрев пара при давлениирй до начальной температуры /. = /].
Давление в конденсаторе р2 = 0,004 МПа. Определить термиче-
ский КПД цикла тр.
1.53 Сравнить термические КПД двух паротурбинных уста-
новок, у которых пар, поступающий в турбины, имеет парамет-
ры pi и /1 = 500° С при одинаковых давлениях в конденсаторе
/72 = 0,0035 МПа, если одна из турбин имеет промежуточный пе-
регрев (см. рис. 1.4) при р2 до начальной температуры. Про-
цесс расширения пара в турбине считать адиабатическим.
1.54. Определить удельный расход теплоты паротурбинными
установками по условиям задачи 1.53, если внутренний относи-
тельный КПД равен т]о; = 0,82.
1.55. Паровая турбина работает при параметрах пара щ =
= 4 МПа и /1. Для подогрева питательной воды из турбины от-
бирается пар при давлении рот. Определить термический КПД
паросиловой установки тр и удельный расход пара d. Давление
в конденсаторе р2 = 0,0035 МПа.
1.56 Определить, на сколько отличается термический КПД
ПСУ, работающей с регенеративным подогревом питательной
* Исходные данные задач приведены в табл. 1.5.
25
воды, по условиям задачи 1.55 от термического КПД ПСУ без
регенеративного подогрева при тех же параметрах пара перед
турбиной и в конденсаторе.
1 57. Параметры пара перед турбиной с противодавлением
Pi = 3,5 МПа и Л; противодавление р2, мощность N. Отработан-
ный пар конденсируется в технологических аппаратах и возвра-
щается с температурой /=110° С. Внутренний относительный
КПД турбины г]О1' = 0,85. Определить степень использования теп-
лоты К в цикле и количество теплоты, используемой в техноло-
гических аппаратах.
1.10. ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ*
1.58. Воздух при начальной температуре Л и влагосодержа-
нии d нагревается в калорифере до температуры t2. Определить
изменение относительной влажности воздуха Дф, если баромет-
рическое давление равно 760 мм рт. ст.
1.59. Определить влагосодержание d и относительную влаж-
ность ср воздуха, если парциальное давление водяного пара рп
при температуре воздуха t и давлении 760 мм рт. ст.
1.60. Определить парциальное давление пара рп и влагосо-
держание d в насыщенном влажном воздухе при температуре t
и барометрическом давлении р. '
1.61. Определить влагосодержание d и температуру точки
росы при температуре влажного воздуха t и относительной
влажности ф.
1.62. Воздух при начальной температуре Л и относительной
влажности ф охлаждается до /2 = 5°С. Определить количество
теплоты Q, которое необходимо отвести от воздуха на 1 кг вы-
павшей влаги.
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА
2.1. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
2.1.1. Стационарнай теплопроводность
Тепловой поток через плоскую многослойную стенку
Q = (^.-U)f Ж(5А)- (2.1)
I 1=1
Тепловой поток через цилиндрическую многослойную стенку
Q = 2kZ.(/ct1-7(t2)/v"-Lln^±i-• (2.2)
* Исходные данные задач приведены в табл 1.5.
26
Обозначения в формулах (2.1) — (2.2): X;— коэффициент
теплопроводности, Вт/(м-К); 6; — толщина, м; di — внутренний
диаметр t-го слоя, м; /сть ZCT2— температура поверхностей стен-
ки, °C; F — площадь стенки, м2; п — число слоев; L — длина ци-
линдра, м.
2.1.2. Теплопередача через стенку
Гладкие плоская и цилиндрическая стенки.
Плотность теплового потока через плоскую многослойную
стенку
q- (2.3)
где ;жь tmz — температура жидкостей, разделяемых стенкой, °C;
• k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К).
6 = 1 I fl/^i + 2 + ' (2.4)
I \ i=i /
ai, az — коэффициенты теплообмена от жидкостей к поверхно-
сти стенки, Вт/(м2-К);
Формула (2.4) может использоваться для расчета теплопере-
дачи через цилиндрическую стенку, если отношение диаметров
^1,8.
Линейная плотность теплового потока через цилиндрическую
многослойную стенку
qt - — /я<2), (2.5)
где ki — линейный коэффициент теплопередачи, Вт/(м-К);
*1 = 1
1/(л <4) + 2 in^+i^i) W 4- Ж <4+>)l,
1=1
(2-6)
где cZ„+i — наружный диаметр стенки, м.
Критический диаметр изоляции dKP = 2X/a2; если наружный
диаметр трубы d2<ZdKp, то применение изоляции с коэффициен-
том теплопроводности X нецелесообразно, поскольку это приве-
дет к увеличению коэффициента теплопередачи.
Оребренная плоская стенка.
Плотность теплового потока, отнесенного к неоребренной по-
верхности, определяется по формуле (2.3), а коэффициент теп-
лопередачи
k = 1
(2-7)
Коэффициент оребрения o, = FPc/7'i,
где Fi — площадь неоребренной поверхности, м2; Fpc— пло-
щадь оребренной поверхности.
27
2.1.3. Нестационарная теплопроводность
Бесконечная пластина при граничных условиях 1-го рода
— const; tCT (-) = const):
распределение температуры по толщине (х = 0 — середина;
х = ±б/2 — поверхности)
< = “- 9 / 9г 4 _•> - Fn
/ (х, т) = tCT + (—1)'+’ cos (н уJ е 1 ‘ ; (2 8)
количество подводимой (отводимой) теплоты, отнесенное к 1 м2
поверхности пластины
Q (t) = с р 8 (t0 - /С1) ( 1 - ' V —1—- Fo, (2.9)
где т — время, с; to, tcr — начальная температура и температура
поверхности, °C; д — толщина, м; Fo = ат/(6/2)2 — число Фурье;
а — коэффициент температуропроводности, м2/с; с — теплоем-
кость, кДж/(кг-К); р — плотность материала стенки, кг/м3;
= (21— 1)л/2.
Примечания Для Fo>0,25 в формулах (2 8), (2 9) можно ограни-
читься первым членом ряда
Бесконечная пластина при граничных условиях 3-го рода
(^о = const; (т) = const):
распределение температуры по толщине (х = 0 — середина,
х= ±5/2 — поверхности)
t (X, --) = /ж + (tn - / к) Vя Г-— ------- X
,•=][ г< т- sinp.zcosy(-
количество подводимой (отводимой) теплоты, отнесенное к еди-
нице объема пластины.
Q W = ?с«0 - d V Г ------X
л“1 L (± + |-Ч31пр.г-со5щ
X (1 -c-,V’F°)]. (2.11)
где t1K — температура жидкости, °C; цг- — корни уравнения
ctgp = p/Bi (приложение 4); Bi = ct5/2X— число Био, Л — ко-
эффициент теплопроводности материала пластины, Вт/(м-К);
а — коэффициент теплообмена, Вт/(м2-К); остальные обозначе-
ния соответствуют формулам (2.8), (2.9).
Примечания: 1 Для Fo>0,3 в формулах (210), (2.11) можно огра-
ничиться первым членом ряда, температура в центре и на поверхности при-
28
блиЖенно может быть определена с использованием номограмм (приложения
25 и 26).
2 При Bi-»-oo (практически Bi>100) температура поверхности пластины
сразу же становится равной температуре окружающей среды, и поэтому за-
дача может решаться по формулам для граничных условий 1-го рода (2 8,
2 9), при этом температура поверхности принимается равной температуре
окружающей среды
3l. При Bi—>0 (практически Bi<O,l) температура в центре мало отлича-
ется от температуры на поверхности, можно ограничиться первым членом
ряда и принять р, = l^Bi, формула (2,11') принимает вид Q(r)=pc[/o—
—/(т)]
Бесконечный цилиндр при граничных условиях 3-го рода
((0=const; (t) = const):
распределение температуры по радиусу (г = 0 — ось цилинд-
ра, r=R — поверхность):
2Л (ч,-)
X/ok-^e ^Fol; (2.12)
\ -П / J
количество подводимой (отводимой) теплоты, отнесенное к 1 м
длины цилиндра
Q (т) = r,R\c (t0 - tj v f--------------- X
X (1 —e-^’0)], (2.13)
где Io, Ii — функции Бесселя первого рода нулевого и первого
порядков (приложение 5); pit — корни уравнения цЛ (ц)//о (ц) =
= Bi (приложение 4), остальные обозначения соответствуют
формулам (2.10) и (2.11).
Примечания 1 Для Fo>0,25 в формулах (2 1/2) и (2 13) можно ог-
раничиться первым членом ряда, температура в центре и на поверхности
приближенно может быть определена с использованием номограммы (прило-
жения 27, 28)
2 При В1->-оо (практически Bi >100) и Bi->0 (практически Bi<0,l) смот-
рите примечания 2 и 3 к формулам 2 10 и 211Ф Только здесь принимается
Hi = Вi, в формуле (2 12) дробь 2Л (щ)/{ц; [/2о(щ)+/Д (щ) ]} = b а фор-
мула (2 13) принимает вид Q (т) =nR2pc[tn—/(т)].
Бесконечный брус прямоугольного сечения (аХ^) при
граничных условиях 3-го рода ((0 = const; (т) =const):
распределение температуры t(x, у, т)
(-Х> У > т) X (-Х, т)а ^ж (У. т)& 1-м (2
^0 — X *0 ' F) ^ж
где t(x, г)а — температура в точке с координатой х, рассчитан-
ная для бесконечной пластины толщиной a; t(y, т)ь — темпера-
29
тура в точке с координатой у, рассчитанная для бесконечной
пластины толщиной b (координаты х и у отсчитываются от цен-
тра тяжести бруса).
Короткий цилиндр диаметром d и длиной L при граничных
условиях 3-го рода (/0 = const; /ж(т) = const):
распределение температуры t (г, z, т)
<(г, г, т)—Цг,-)д — У/К t(z,z)L—tK (2.15)
Ч ' ^Ж G Ч ж
где t (г, — температура в точке с координатой г, рассчитан-
ная для бесконечного цилиндра диаметром d; t (z, т)ь — темпе-
ратура в точке с координатой z, рассчитанная для бесконечной
пластины толщиной L (координата отсчитывается от центра тя-
жести цилиндра).
2.1.4. „Основные числа подобия конвективного теплообмена
Число Нуссельта Nu=uZ./X;
Число Рейнольдса Re = ayZ./v;
Число Грасгофа Gr = g(3A4L3/v2;
Модифицированное число Грасгофа Gr* = gPz7CT^4/(Av2);
Число Прандтля Рг = г/а.
В приведенных выражениях чисел подобия:
а — коэффициент теплообмена, Вт/(м2-К); к — коэффициент
теплопроводности жидкости, Вт/(м-К); v— кинематический ко-
эффициент вязкости, м2/с; (3 — коэффициент объемного расши-
рения, 1/К; а — коэффициент температуропроводности, м2/с;
w — скорость движения жидкости (средняя при течении в тру-
бах или каналах; невозмущенного потока при обтекании пла-
стины или одиночной трубы; в самом узком сечении при обтека-
нии пучков труб); g— ускорение свободного падения, м/с2; At =
= —tci {tm — температура жидкости, °C; tCT— температура
поверхности стенки, °C); — плотность теплового потока на по-
верхности стенки, Вт/м2; L — определяющий линейный размер,
принимается равным эквивалентному диаметру d при течении в
трубах и каналах, наружному диаметру при поперечном обтека-
нии труб, продольной координате х при расчете локального теп-
лообмена при продольном обтекании поверхностей, длине I или
высоте h поверхности при расчете средней по длине теплоот-
дачи. Для обозначения принятого определяющего размера в
уравнениях подобия используются соответствующие индексы d,
х, /, /?.
Физические параметры в числах подобия можно найти по
определяющей температуре, которая указывается индексами:
ж — средняя температура жидкости при течении в трубах или
температура невозмущенного потока при внешнем обтекании,
ст — температура поверхности стенки; т— средняя температу-
30'
pa £m= (/ж + ^ст)/2. Среднее по поверхности число обозначается
надстрочной чертой.
2.1.5. Уравнения подобия вынужденной конвекции
Течение в трубах.
Ламинарный вязкостный режим (Re(Z ж<2300; (GrPr/
/Re2),z H,<0,01):
в начальном участке трубы (х/</<50)
при ZCT = const
Nud жг= 3.66 Н-0,025 —Re^) (2.16)
\ х ) \ Ргст )
При (/ст = const
Nu,z ,к = 4,36(1 -ф 0,032 — Reu ж 3°'25; (2.17)
стабилизированное течение (%/</> 50)
Nu<7, ж = 3,66 (Ргж/Ргст)0'25 при t„ = const:
Nu(Z ж = 4,36(Ргж Ргст)('-25 при const.
Для расчета среднего по длине коэффициента теплообмена
при ламинарном режиме в коротких трубах (tCT = const; //</>10;
(d/l) RePr° 83 >15)
N?d, ж= 1,4 [(</ Z) Red, ж Ргж°-83]0'4(Ргж Ргст)°-25. (2.18)
Турбулентный режим (RefZ,;K> Ю4)
N?(Z ж = 0,021 Ре^8жРг°:43(Ргж'Ргст)п’25^, (2-19)
где ₽/~ 1 +2/(lid); при //</>50 e/^l.
Уравнение (2.19) может быть использовано для расчета теп-
лообмена при стабилизированном течении (е/= 1) в трубах не-
круглого сечения, в кольцевом канале, при продольном обтека-
нии пучков труб и стержней, находящихся в кожухе. В качестве
определяющего размера принимается эквивалентный диаметр.
Обтекание пластины.
Ламинарный пограничный слой (Рех,ж<5-105; tCT = const):
Nux, >K=0,332Re°’\ Рг°;33 (Ргж/РгС1)°.25: (2.20)
Nuz, ж = 0,664Ре°;5ж Pr0/3 (Ргж Pr„)°.25. (2.21)
Турбулентный пограничный слой (Rex,>K>5-105):
Nux, »=0,0296Re°’8A Pr®43 (Ргж/Ргст)0’25; (2.22)
N?z, ж = 0,037Ре?;8ж Рг0/3 (Ргж/Ргс1)°.25. - (2.23)
31
Поперечное обтекание одиночной трубы:
для 5<Red,Ht<103
N?id ,.ж = 0,5Red'5;к Prl38 (Ргж PrcT)°.25; (2.24)
для 10!sCRed,;i;^2-105
ж=0,25Rcd6<i< Pr°38 (Ргж/Ргст)0’25- (2;25)
Поперечное обтекание пучка труб:
Nu,/, ж = СРе“, ж Рг'ж33е5 е;> (2.26)
где для коридорного пучка С = 0,26; /г = 0,65; е5 = (s,/^)-0’15;
е; = 0,6 — первый ряд; е; = 0,9 — второй ряд; ed= 1 —третий и по-
следующие ряды; для шахматного пучка: 67=0,41, /г = 0,6,
s6. = (St/Sg)0-17 при Si/s2<2 и е,= 1,12 при Si/s2^2; е< = 0,6 — пер-
вый ряд; ег = 0,7 — второй ряд; е;=1—третий и последующие
ряды; Si и s2 — соответственно поперечный и продольный шаги.
Средний коэффициент теплоотдачи в пучке
где а,, аг, аз — средние коэффициенты теплоотдачи первого,
второго и третьего рядов соответственно; п — число рядов труб.
2.1.6. Уравнения подобия естественной конвекции
Вертикальная пластина в большом объеме.
Ламинарный режим (GrPr)x,m<Ю9:
для 1ст = const
Nux, т = 0,508 [Pr/(Pr Н- 0,952)]°;25(Gr Pr)°'23 ; (2.28)
Nua, m = 0,677 [Pr/(Pr + 0 952)]°m25 (Gr Pr)£“; (2.29)
ДЛЯ ^CT = const
Nur,OT = 0,617 [Pr/(Pr + 0,8) (ОгРг)°Д; (2.30)
0,77 [Pr/(Pr + 0,8) ]°m2 (Gr+ Pr)°<2m. (2.31)
Турбулентный режим (Gr*Pr) x,m> Ю10
й, m = 0,2 [Pr°-67/(2,14 + Pr°.67)ft33 (Gr Pr)Vt (2.32)
Горизонтальный цилиндр.
Ш/.ж = <? (Gr Pr)2, ж (Ргж/Ргст)0’25, (2.33)
C=l,18 и /1 = 0,125 для 10-3<GrPrsC10!;
С=0,5 и /г=0,25 для 103<GrPr^710s.
32
Теплообмен в прослойках
q = (2-34)
где ек= 1 для (Gr Pr)6, т < 103; гк = 0,105(Gr Рг)°;3,п для Ю3 <
<(GrPr)6, т <10°; sK = 0,4 (Gr Pr)?:3m для 10° < (Gr Pr)5, ,„< 10*°;
6 — толщина прослойки, Л, — средний коэффициент теплопро-
водности среды; — температура стенок.
2.1.7. Уравнения подобия смешанной конвекции
Течение в трубах.
Ламинарный вязкостно-гравитационный режим (Ret;,)K<
<2300; ZCT = const; Gr<i, ж Ргж'Ре^, ж>0,01):
горизонтальная труба (//d^50)
Йщ, ж=0,17 (Re Pr)C (Gr Рг)^ж (Ргж/Ргст)0’25; (2.35)
вертикальная труба (движение жидкости сверху вниз при
нагревании и снизу вверх при охлаждении — несовпадающая
конвекция)
,. = 01037Re^Pr";4(?,:,/<)G (2.36)
где п = —0,11 при нагревании жидкости; п =—0,25 при охлаж-
дении; у. — динамический коэффициент вязкости;
вертикальная труба (движение сверху вниз при охлаждении
и снизу вверх при нагревании — совпадающая конвекция)
Nuj, /K = 0,35(Re Pr dilfd\ (Gr Pr d/lfi™. (2.37)
Обтекание вертикальной пластины.
Ламинарный пограничный слой (0,01 <Gr/Re2< 100, tCT =
= const движение восходящее, 1СтЖ — совпадающая конвек-
ция)
ЬпТ,, ж [1 -| O.GUGi/Rc2)!7;]0-'3 (2.38}
В формуле (2.38) Nul ,к рассчитывается по формуле (2.21).
Обтекание горизонтального цилиндра.
для совпадающей конвекции (0,01 <Gr/Re2 < 15, Pr~ 1)
[0,744 0,07(1-lg?)| (1-Н0 5)0 5; (2.39)
для несовпадающей конвекции (0,01 <Gr/Re2< 1,5, Pr~ 1)
NuJ, ж= NtTrf, ж [0,74 + 0,07 (1g ? — 0,3)-’] 11 4- (£- 2)4°. (2.40)
В формулах (2.39) и (2 40) NuB определяется по (2 24); 5 =
-(Gr/Re’Rx.
3-1713 33
2.1.8. Теплообмен при кипении воды в большом объеме
-= 3,4 (Юр)0-18 0,67.
l—O.Or./, 4
= / 3,4 (Юр)0-18)3 .
1 — 0,045р J
(2-41)
(2.42)
где р —давление жидкости, МПа; А/ —разность температуры
стенки и температуры насыщения, определенной по давлению
р; q — плотность теплового потока, Вт/м2.
2.1.9. Теплообмен при пленочной конденсации
На вертикальных поверхностях.
Ламинарный режим (Z = (g *2ж)°’3\< A t Htr рж < 2300,
где Н — высота поверхности, м).
оГ= 0 94 г ^ж ~'ж z0,78 ( 'ж \0,125 ?2
А Л/ \ ^ст рст J
Турбулентный режим (Z>2300)
7=400 — +o,625Pri5f—-------1U— FT33- (2.
A t Н | \ 2300 ) \ Ргст J J v
На горизонтальных трубах.
Одиночная труба
аг_ = 0,725 (^_>''°ЖА)(1;25 Г(_Ь1 V 27Р* |0'125.
\ '>ж A td / [\ Аж / рст ]
(2-45)
Пучок горизонтальных труб:
о-п = O,84aTp//zO,o7. (2.46)
В уравнениях (2.43—*2.46) приняты следующие обозначения:
g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; г — тепло-
та парообразования, Дж/кг; л — коэффициент теплопроводно-
сти, Вт/(м-К); р — плотность, кг/м3; v — кинематический коэф-
фициент вязкости конденсата, м2/с; Д1 — разность температуры
насыщения пара и стенки, °C; Н — высота вертикальной поверх-
ности, м; d — диаметр горизонтальной трубы, м; п — число ря-
дов труб по высоте коридорного пучка или половина числа ря-
дов труб по высоте шахматного пучка труб.
Физические параметры конденсата, отмеченные индексом ж,
принимаются по температуре насыщения, индексом ст — по тем-
пературе стенки.
34
2.1.10. Теплообмен излучением между телами
Тепловой поток (Вт) между плоско-параллельными поверх-
ностями
Qi 2 = С„ У*]77 (2’47)
Х ’ |Д 100 / \ 100/ J ,Ц Е1 е2 )
Тепловой поток между поверхностями, одна из которых окру-
жена другой:
2,'г=ЧШМ-йг)4|'7' /|- + ~г (J— р-48»
L\ loo / ' loo / j I l £i л3 \ £j /j
Тепловой поток между плоско-параллельными поверхностя-
ми, разделенными экраном, выполненным из хорошо теплопро-
водного материала
Qi 2^С() ГИ [— + — — 1 + «(— -1Y|. (2-49)
LOoo/ UOO/J I bi Ьэ /I
В уравнениях (2 47—2.49) приняты обозначения: Со —
коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный
5,67 Вт/(м2-К); Ti, Т2— температура поверхностей, К; ei, е2, еэ—
степень черноты поверхностей и экрана; F — площади плоско-
параллельных поверхностей, м2; Fi, F2— площади произвольно
ориентированных поверхностей, м2; п—число экранов.
2.2. СТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА*
2 1. Температура по толщине плоской трехслойной стенки
распределена так, как показано на рис. 2.1. Указать направле-
ние теплового потока и слои, материалы которых имеют мини-
мальный и максимальный коэффициент теплопроводности. Как
будут расположены изотермические поверхности, если внешние
поверхности изотермические?
2.2. Плоская и цилиндрическая стенки выполнены из одного
материала, имеют одинаковую толщину и одинаковые темпера-
туры внутренних и наружных поверхностей. В каком случае
плотность теплового потока на внешней поверхности будет боль-
шей’ Как изменится соотношение при увеличении радиуса ци-
линдрической стенки?
2 3. Внутри цилиндра установлен электронагреватель, вы-
деляющий постоянно тепло. В каком случае тепловой поток на
внешней поверхности цилиндра будет равен мощности нагрева-
теля’
2.4. На рис. 2.2 представлены графики изменения температу-
ры по толщине стенки. Показать, какой из графиков соответст-
вует изменению температуры:
f Исходные данные многовариантных задач приведены в табл 2 1
3* 35
2.1 ВАРИАНТЫ УСЛОВИЙ ЗАДАЧ РАЗДЕЛОВ 2.2 и 2.3
5 Номер варианта Индекс варианта
№ зад Задаваемые величины 1 * 3 4 5 Задаваемые величины а б В г д
2.12 6, мм 3 6 10 15 1 20 Материал Фанера Тексте- Резина Фарфор Стекло
2.13 $2, ММ 75 125 150 200 275 стенки То же Кирпич ЛИТ Кирпич Шлако- 1 Сосновый Кладка
2 11 6, мм .. 20 1 30 40 50 /ст2, °C красный 140 силикат- ный 120 бетон 100 брус 80 бутовая 50
2.Г) бг, мм 75 125 150 200 275 1ж2, °C 5 0 -10 -20 -30
2.16 d, мм 1 2 3 4 5 р-10?, Ом-м 1,72 2,32 5,5 8,0 9,8
2.17 t,,.!, °C 100 150 180 200 220 X, Вт/(м К) 0,05 0,07 0,10 0,13 0,16
2.18 dH, мм 25,3 26,8 33,5 48,0 75,5 °C 125 150 180 2С0 220
2.19 ?пот, Вт/м2 100 120 140 160 180 °C 350 300 250 2С0 150
2.20 d, мм 1 1.5 2 2,5 3 /, А 6 8 10 12 15
2.31' 6, мм 10 12 11 18 20 а, Вт/(м2-К) 8 10 12 14 20
2.36 d, мм 2 4 6 8 10 t, °C 150 200 300 400 .500
2.37 б, мм 3,2 4,2 5,3 8,3 10,3 /ст, °C ПО 115 12.5 140 150
2.40 а, мм 20 40 60 80 100 tn, °C 150 140 130 120 НО
2.42 d, мм 15 20 30 40 - 60 1, мм 40 50 60 80 100
Рис 21 К задаче 2 1
Рис 2 2. К задаче 2 4 Рис. 2 3. К задаче 2.10
а) в плоской стенке с коэффициентом теплопроводности, ма-
ло зависящим от температуры; ‘
б) в плоской стенке, когда коэффициент теплопроводности
увеличивается с увеличением температуры;
в) в плоской стенке, когда коэффициент теплопроводности
уменьшается с увеличением температуры;
г) в цилиндрической стенке (поверхность- А — внутренняя);
д) в цилиндрической стенке (поверхность А — наружная)
2.5 В процессе теплопередачи через плоскую стенку коэф-
фициент теплообмена с одной стороны равен сц = 10 Вт/(м2-К),
с другой-«2= 1000 Вт/(м2-К). Что больше увеличит тепловой по-
ток: увеличение в 2 раза щ или
2.6. Теплота передается через латунную стенку толщиной
6 = 2 мм. Температура теплоносителей соответственно равна
/ж1 = 500°С; /ж2 = 50°С, коэффициенты теплообмена оц =
= 50 Вт/(м2-К) и «2 = 5000 Вт/(м2-К). Установить, будет ли
температура стенки близка к /ж), равняться средней величине
между ^;1 и Т-,:2 или близка к /ж2?
2 7. Для какой из указанных пар теплоносителей целесооб-
разно применять оребренные с одной стороны трубы, воздух —
дымовые тазы; вода — водяной пар; вода — вода; вода — воз-
дух?
2 8. Показать для условий задачи 2.6 целесообразность при-
менения оребрения поверхности. Со стороны движения какого
теплоносителя должны быть установлены ребра на стенке? Ка-
кой должен быть коэффициент оребрения, чтобы тепловой поток
увеличился в два раза?
2 9. Поверхности паропровода диаметром 50 мм и цилиндри-
ческого корпуса теплообменного аппарата диаметром 500 мм
имеют одинаковые температуры. Внешние условия теплообмена
одинаковы, коэффициент теплообмена равен 15 Вт/(м2-К) Для
тепловой изоляции поверхности покрыли слоем асбеста (Х.=
37
= 0,15 Вт/(м-К)) толщиной 20 мм. В одинаковой ли степени
уменьшится тепловой поток? Если нет, то в каком случае отно-
шение теплового потока через неизолированную стенку к тепло-
вому потоку через изолированную будет большим? При реше-
нии учесть, что вследствие высокой теплоотдачи от пара к
стенке температура последней после нанесения изоляции изме-
няется незначительно.
2.10. По графику изменения температуры для теплопередачи
через стенку (рис. 2.3) показать, с какой стороны стенки коэф-
фициент теплоотдачи будет большим.
2 11 Паропровод с наружным диаметром с/ = 50 мм покрыт
слоем изоляции'толщиной 6 = 20 мм. Коэффициент теплопровод-
ности изоляции 7, = 0,1 Вт/(м-К). Температура окружающей
среды /ж = 20° С, стенки паропровода /ст=150°С, коэффициент
теплообмена к окружающему воздуху а = 5 Вт/(м2-К). Опреде-
лить тепловые потери паропроводом в расчете на 1 м длины <?ь
показать, как повлияет увеличение толщины изоляции на вели-
чину потерь. Определить, целесообразно ли применять в задан-
ных условиях тепловую изоляцию, имеющую коэффициент теп-
лопроводности Л = 0,5 Вт/(м-К).
2.12. Плотность теплового потока </Ст через плоскую стенку
из заданного материала толщиной 6 равна 750 Вт/м2. Опреде-
лить температуру на внешней стороне стенки ZCT2, если темпера-
тура внутренней равна 120° С.
2 13. Определить плотность тепловсцо потока </сТ через стен-
ку здания, состоящую из слоя заданного материала толщиной
б2 и внутреннего слоя штукатурки толщиной 61 = 30 мм при тем-
пературе поверхностей £CTi = 15° С и ^т2 =—5° С. Найти темпера-
туру в плоскости контакта слоев tc. Толщина стенки много мень-
ше высоты и ширины
2.14. Определить коэффициент теплопроводности Л, материа-
ла плоской стенки толщиной б, если при плотности теплового
потока <7 = 200 Вт/м2 температура внутренней поверхности /ст) =
= 150° С и наружной t^i-
2 15. Определить потери теплоты с 1 м2 стены здания qK, ес-
ли она будет выполнена из слоя силикатного кирпича толщиной
б2 и слоя штукатурки толщиной 51 = 30 мм. Температура внутри
помещения 20° С, наружная температура tx2- Коэффициент теп-
лообмена с внутренней стороны а; = 5 Вт/(м2-К), с наружной
«2 = 8 Вт/(м2-К). Установить потери теплоты, если стена будет
выполнена из- а) соснового бруса <7со; б) шлакобетона ^ш6.
2.16. Вычислить допустимую силу тока I для электрического
провода диаметром d с удельным электрическим сопротивлени-
ем р, покрытого резиновой изоляцией толщиной 6=1 мм. Мак-
симальная допустимая температура изоляции 60° С. Температу-
ра окружающей среды /ж = 20°С, коэффициент теплообмена на
внешней поверхности а = 35 Вт/(м2-К).
38
2.17. По стальной трубе теплопровода с наружным диамет-
ром с/„ = 48 мм и толщиной стенки 2 мм движется нагретая вода
с температурой Температура окружающего воздуха t№2 =
= 15° С, коэффициенты теплообмена: от воды at = 4000 Вт/(м2 • К),
к воздуху «2 = 8 Вт/(м2-К). Какую толщину б должна иметь изо-
ляция с коэффициентом теплопроводности X, чтобы температура
поверхности не превышала 50° С.
2.18. По трубе с наружным диаметром da и толщиной 2 мм
движется вода с температурой /ж). Коэффициент теплообмена
от воды к стенке равен «1 = 3500 Вт/(м2-К). Материал трубы —
сталь. С внешней стороны труба омывается воздухом с темпе-
ратурой /да2 = 20°С. Коэффициент теплообмена к воздуху аг =
= 20 Вт/(м2-К). Определить линейную плотность qi теплового
потока через стенку трубы. Определить также площадь Fp и ди-
аметр dp ребер, коэффициент оребрения а с тем, чтобы после
установки ребер с внешней стороны тепловой поток увеличился
в 2 раза. Шаг установки ребер s=15 мм. Принять, что «2 после
установки ребер не изменится.
Указание по расчету. В связи с тем, что толщина стенки
тр5’бы намного меньше радиуса (dH/dBH< 1,8), расчет можно вы-
полнить по формулам плоской стенки. Принять температуру
ребер равной температуре стенки.
2.19. Определить необходимую толщину слоя изоляции 6ИЛ
корпуса барабанной газовой сушилки с наружным диаметром
барабана dn=2 м и толщиной стенки 6=10 мм с тем, чтобы по-
тери теплоты с 1 м2 поверхности барабана не превышали <?Пот-
Температура газа внутри барабана /жь температура окружаю-
щего воздуха 25° С, коэффициенты теплоотдачи внутри бараба-
на 20 Вт/(м2-К) и с наружной стороны 6 Вт/(м-’-К). Материал
изоляции—минеральная вата плотностью 180 кг/м3, материал
стенки барабана — сталь
2.20. Определить температуру поверхности /ст электрическо-
го проводника диаметром d и удельным электрическим сопро-
тивлением р = 9,8-10-8 Ом-м, если по нему течет ток I, темпе-
ратура окружающей среды 20° С, а коэффициент теплообмена
а = 32 Вт/(м2-К).
2.3. НЕСТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ*
2.21. На рис. 2.4 показаны распределения температуры по
радиусу цилиндра с наружным радиусом R в процессе нагрева-
ния в различные моменты времени. Показать, какое распределе-
ние (а, б или в) качественно реализуется для следующих гра-
ничных условий:
1) 1-го рода ') ^ст (т) =const;
2) 1-го рода /cr(r)=#=const;
* Исходные данные многовариантных задач приведены в табл. 2.1.
39
a
Рис. 2.4. К задаче 2.21
3) 3-го рода; Bi->0;
4) 3-го рода; Bi->oo,
5) 3-го рода; 0<;Bi<g;oo
2.22. На рис 2.5 показано изменение температуры в центре
тел различной формы в процессе охлаждения. Условия охлаж-
дения и материал для всех тел одинаковы. Показать, какое рас-
пределение (1, 2, 3, 4, 5) соответствует форме.
. а) шар диаметром d=a\
б) бесконечный цилиндр диаметром d = a\
в) балка квадратного сечения со стороной а;
г) балка прямоугольного сечения со сторонами аХ2а;
д) бесконечная пластина толщиной 6 = а.
2 23 Стальной стержень длиной значительно большей, чем
диаметр, нагревается проходящим через стержень электричес-
ким током. Перед нагреванием температура стержня равняется
температуре окружающего воздуха. Температура воздуха и ко-
эффициент теплоотдачи в процессе нагревания не изменяются.
Записать для заданных условий дифференциальное уравнение
теплопроводности, начальное и граничные условия. Принять, что
тсплофизические свойства стали мало зависят от температуры.
2 24. Пакет шпона с толщиной намного меньшей, чем длина
и ширина, помещен для нагревания между двумя нагретыми
плитами с одинаковой и неизменной во времени температурой.
Записать для этих условий дифференциальное уравнение теп-
лопроводности, начальное и граничные условия. Перенос влаги
внутри пакета не учитывать, теплофизические свойства принять
постоянными.
2 25 Для определения коэффициента температуропроводно-
сти различных материалов методом регулярного режима нагре-
тые цилиндрические образцы одинаковых размеров охлаждают-
ся в проточной воде, имеющей постоянную температуру. По ре-
зультатам измерения избыточной температуры = —
40
Рис 2 5, К задаче 2 22
(где 1(/=0)—температура в центре на оси цилиндра, —
температура воды) построен график (рис. 2 6). Установить ка-
ким зависимостям (1, 2, 3, 4) соответствуют следующие матери-
алы образцов: а) органическое стекло; б) фарфор; в) резина;
г) текстолит.
2.26. Образцы из органического стекла, выполненные в фор-
ме а) параллелепипеда со сторонами 0,05X0,05X0,1 м; б) куба
со сторонами 0,05 м; в) цилиндра диаметром с?=0,05 м и длиной
0,1 м, и имеющие единаковую начальную температуру, нагре-
ваются в воде с постоянной температурой для определения ко-
эффициента температуропроводности. На рис. 2.7 показаны
графики изменения во времени логарифма избыточной темпера-
туры '0 = ^ж—центра образцов. Установить, какой из графиков
(/, 2, 3) соответствует тому или иному образцу.
2.27. Склеивание фанеры сухим горячим способом произво-
дится в гидравлических прессах зажиманием пакета проклеен-
ного шпона между нагретыми плитами пресса. Рассчитать вре-
мя тР, за которое температура в центре пакета достигнет 100° С,
если температура плит пресса равна 135° С Начальная темпера-
тура шпона равна 20° С, толщина пакета 10 мм, материал шпо-
на сосна, влажность Ц7=12°/о- Определить количество подведен-
ной теплоты.
Решение. Моделью рассматриваемого процесса является
нагревание бесконечной пластины при граничных условиях 1-го
рода, так как толщина пакета намного меньше длины и шири-
ны, а температура поверхности материала вследствие плотного
контакта с нагревательными плита-'
ми будет равняться температуре по-
следних. Плиты пресса обычно обо-,
греваются паром или горячей водой'
с большим теплосодержанием, поэ-
тому температура плит в процессе
склеивания остается практически
постоянной. Это позволяет исполь-
зовать для расчета формулу (2.8),
полученную для бесконечной пла-
стины при граничных условиях 1-го
Рис. 2.7. К задаче 2 26
41
рода с постоянной температурой поверхности. Вследствие
низкой влажности шпона теплота внутри пакета передается теп-
лопроводностью
Теплофизнческие свойства находим по данным раздела 3.1.2
и приложения 29 при / = 70°С и W = 12 %: плотность р = 448 кг/м3;
теплоемкость с = 2,25 кДж/(кг-К); коэффициент теплопроводно-
сти Л, = 0,18 Вт/(м-К).
Полагая, что в рассматриваемых условиях критерий Fo>
>0,25 для расчета в формуле (2 8) используем только первый
член ряда. По окончании расчета это допущение должно быть
проверено. Таким образом, для центра пакета (х = 0) из фор-
мулы (2 8) получим
t (О, Д = tcl - (tCT - Q е-'”' Fo. (2.50).
Для условий задачи /(0, тР) = Ю0°С; ^о = 2О°С; /Ст=135°С; щ =
= л/2=1,57.
Для определения расчетного времени тР необходимо найти
число Фурье Fop = arP/(d/2)2, где б — толщина пакета (б =
= 0,010 м), а = Х/рс, м2/с.
Решая уравнение (2.50) относительно Fo, получим
— In —
Ст С
/ст-'(<>, Тр)
Fop =
цТ щ
_1_ in - 2-(1 Р5 _ = о 58].
1,57= 1,57 (135 —ОН)
Расчетное время, за которое пакет в центре прогреется до.
температуры 100° С:
Fo (ь,2рр с _ 0,581 0,005--418-2250 __
'р 1 ~ 0,18
Расчетное число Fo = 0,58 больше, чем 0,25, что делает при-
нятое ранее допущение оправданным, поэтому уточнения расчет^
не требуется
Количество теплоты определяем по формуле (2 9), ограни-
чиваясь только первым членом ряда
Q — со о (г‘(Т —/„)
= 2.25-448-0.01 (135- 20) ('1 — е^1'57' j = 935 кДж/м3.
2.28. Стальной вал диаметром 35 мм и длиной 400 мм зака-
ливается в водяной ванне с температурой воды ^Ж = 35°С. Перед
закалкой вал нагревается в муфельной печи до температуры
(0 = 800°С. Определить время тР, по истечении которого темпе-
ратура на поверхности вала станет равной 200° С. Определить,
какая температура в этот момент будет на оси вала. Материал
вала — сталь 30
42
Решение. Моделью рассматриваемого процесса является
охлаждение цилиндра бесконечной длины при граничных усло-
виях 3-го рода. Температура воды в ванне поддерживается
практически постоянной. При нагреве в печи температура вала
по толщине будет постоянной, т. е. начальная температура вала
перед охлаждением 7o=const = 8000 С. Коэффициент теплообме-
на от вала к воде принимаем а = 800 Вт/(м2-К), полагая, что на
поверхности вала будет режим пленочного кипения. Физические
параметры материала: р = 7600 кг/м3; с = 0,48 кДж/(кг-К); h =
= 44 Вт/(м-К); а = Х/(рс) = 1,2-10-5 м2/с (приложение 3).
Расчет проведем двумя методами: аналитическим по форму-
ле (2.12) и приближенным с использованием номограмм (при-
ложения 27 и 28). Время охлаждения находим по числу FoP =
= птРД?2. Полагая, что критерий Фурье в расчетный момент вре-
мени будет больше 0,25, ограничиваемся в формуле (2.12) пер-
вым членом ряда.
Для поверхности цилиндра (г/Р=1) из формулы (2.12) по-
лучим
t(R. д)-Лк=
Для определения щ и функций Бесселя A(pi) и /о(Ц1) на-
ходим «критерий Био Bi = аР/Л=800-0,0175/44 = 0,32
По приложениям 4 и 5 находим pi = 0,76; /0(щ) =0,86,
Ji (pi) =0,35.
Решая уравнение (2.51) относительно FoP, получим
(/„ - /ж)-1WM+)---е
цДР’о (щ) + Л2 (нЛ
—р+ Го
₽. (2.51)
___ 1 Г________(Д — 7Ж) 2/д (|xt) Zo (Р1)
PJi U хр) ~ Р-i PJo (Pi) + 73i (pi)]
1__ Г (800 — 35) 2-0,35-0,86 1 _ %
0,762 [ (200 — 3-5) 0,76 (0,862 + 0,352) J ’
Расчетное время
-p = Fop/?-+7 : 2,51-0,01752,1,2-1О 3 = 64 с.
Для температуры в центре вала (г//? = 0) имеем
t (0,9 = Лк+е-"2'Fo- (2-52)
1 Pi [7-0 (Pi) + 72i (И1)]
По приложению 5 находим /0 (0) = 1.
Подставив в формулу (2.52) значения известных величин,
получим
t (0, т„) = 35 (-800 — 35) -------------e-0,7G’2 51 = 227°С.
v ! 1 0,76 (О.Ьб2 -г- 0,352)
Таким образом, используя аналитический метод, получили
время охлаждения 64 с и температуру в центре вала в расчет-
ный момент времени 7(0, тР)=227°С.
43
Для приближенного определения расчетных параметров по
номограммам (приложения 27 и 28) сначала находим относи-
тельную температуру в расчетный момент на поверхности
0 (/?, тр) = z т) - = 2(Ю ~ 35 - 0,216
v р' 800--35
Для этого значения 0 и критерия Bi = 0,32 по'номограмме (при-
ложение 28) находим FoP = 2,5. Отсюда получаем
тр Ь'ор/?2/</ = 2,5-0,0175-(1,2-10-‘) - 63,8 с.
Зная числа Bi = 0,32 и Fo = 2,5 по номограмме (приложение 27)
находим относительную температуру в центре вала в расчетный
момент времени
0 (0, тр) = Z (1>’ Тр) =0,25.
р - tM
Отсюда получаем
t (0, 7р) = 35 - 0,25 (800 — 35) = 226°С.
Расхождение результатов расчета аналитическим и графиче-
ским методами незначительное.
2.29 . Определить температуру поверхности цилиндра в сред-
нем поперечном сечении в расчетный момент задачи 2.28 при ус-
ловии, что длина обрабатываемой детали равна 70 мм Расчет
выполнить приближенным способом с помощью номограмм.
Решение. Если длина и диаметр цилиндра соизмеримы, то
нельзя использовать формулы, полученные для бесконечного ци-
линдра, а необходимо применить метод расчета температуры
для тел ограниченных размеров?" Решение находится в виде
произведения решений для бесконечного цилиндра и бесконеч-
ной пластины с толщиной, равной длине цилиндра. Для относи-
тельной температуры поверхности в среднем поперечном сече-
нии цилиндра решение записывается в соответствии с формулой
(2J5)
0 (/?, о, г) = (/ (/?, 0, -) - /J/ (Ц - С) - 0Ц (/?, 0П (0, (2 53)
где 04(iP, т) = (/(/?, т)—/ж)/(/»—Ль) — решение для поверхности
бесконечного цилиндра;
0Л(О, т) = (Ц0, т) — Ц)/(г0—Ц) — решение для центра бес-
конечной пластины толщиной /;
t(R, 0, т) —температура на поверхности в среднем попереч-
ном сечении цилиндра, т. е. расчетная температура.
Таким образом имеем
t (R, 0, тр) t.M -р (Ц - Ц) 0Ц (R, тр) 0П (0, тр). (2.54)
44
Величина 0Ц(/?, тр) находится по номограмме для поверхности
цилиндра (приложение 28), а 0П(О, тР) —по номограмме для
центра бесконечной пластины толщиной 6=/ (приложение 25).
Из задачи 2.28 имеем 0Ц(Р, тР) =0,216. Для определения
0П(О, тР) находим критерии Bi и Fop для пластины.
Bi z=——
800 0,0,35
41
= 0,636;
Fop= Л2г_
р (1Г2У
1,2 Ю-з 61
0,0.352
= 0,627.
По номограмме (приложение 25) находим 0П(О, тр)=0,75 Под-
ставив полученные значения в формулу (2.54), получим
/(/?, 0, тр) = 35 Ч- (800 — 35)-0,216-0,75 = 158°С.
2.30 . Для условий задачи 2.29 определить температуру в цент-
ре торца цилиндра.
Решение В соответствии с формулами (2.15) и (2.53)
имеем
t (0, / 2, тр) =<к + - /ж) 0Ц (0, тр) 0П (/ 2, тр), (2.55)
где 0ц(0, тР) — относительная температура на оси бесконечного
цилиндра; 0п(//2, тР) -^относительная температура на поверхно-
сти бесконечной пластины толщиной I.
Из решения задачи 2.28 0Ц(О, тР)=0,25. Величину 0п(//2,тр)
находим по номограмме (приложение 26). Для Bi = 0,636 и Fo =
= 0,627 0П(/, тР) =0,58.
Подставляем полученные значения в формулу (2.54):
I (0, 1/2, тр) =. 35 Ч- (800-35)0,25-0,58 =- 146 С-
2 31. По окончании процесса прессования древесностружеч-
ная плита извлекается из пресса и охлаждается воздухом, об-
дувающим пластину с обеих сторон. Определить время охлажде-
ния тР, считая процесс законченным, когда температура на по-
верхности станет равной 50° С. Начальную температуру плиты
принять равномерно распределенной и равной 100° С, так как
в момент раскрытия пресса температура плиты быстро выравни-
вается за счет перемещения пара под действием внутреннего
избыточного давления из центра плиты к наружным слоям и в
атмосферу.
Толщина плиты 6, плотность плиты р = 700 кг/м3, влажность
IF=10%, коэффициент теплоотдачи к воздуху а, температура
окружающей среды 20° С. Условия теплообмена с обеих сторон
одинаковые Принять, что теплота внутри плиты передается
только теплопроводностью.
2.32 . Решить задачу 2.31, считая процесс законченным, когда
температура станет равной 50° С в середине плиты.
45
2.33 . По условиям задачи 2 31 построить график изменения
температуры по толщине плиты в конце процесса охлаждения,
определив для этого температуру в центре и на расстоянии 6/6
и 6/3 от-шоверхности.
2.34 По условиям задачи 2 31 построить график изменения
температуры на поверхности и в середине плиты в процессе ох-
лаждения, рассчитав температуру в моменты времени- г, =
= 0,05тР; Г2 = 0,1тр; тз = 0,2тр; Т4 = 0,4тР; Т5 = 0,8тр
2 35. По условиям задачи 2.31 определить количество отведен-
ной с 1 м2 плиты теплоты Qp.
2 36. Стальная проволока (стержень) диаметром d после на-
грева электрическим током до температуры t охлаждается в
воздухе смемпературой 10° С. Определить температуру поверх-
ности проволоки tct через 1 мин. Коэффициент теплоотдачи а =
= 10 Вт/(м2-К).
2 37. По условиям задачи 2.27 определить время нагрева тр
и количество подведенной теплоты QP, приняв толщину пакета 6
и температуру плит пресса Кт-
2.38 . По условиям задачи 2.37 построить график изменения
температуры в центре пакета в процессе охлаждения, рассчитав
температуру в моменты времени, указанные в задаче 2.34.
2.39 По условиям задачи 2.37 построить график распределе-
ния температуры по толщине пакета в расчетный момент вре-
мени
2.40 Заготовка из дуба с квадратным поперечным сечением
оХ« и длиной 20ц помещена для сушки в сушильную камеру
Температура воздуха в камере Определить температуру в
центре на поверхности длинной стороны заготовки через 7 мин
после начала процесса, если начальная температура распреде-
лена равномерно и равна 15° С. Коэффициент теплоотдачи от
воздуха а = 20 Вт/(м2-К)- Абсолютная влажность заготовки 1К%.
Полагаем, что в начальный период прогрева тепло передается
преимущественно теплопроводностью и влажность не изменя-
ется.
2 41. По условиям задачи 2 40 определить температуру в
центре на поверхности узкой стороны заготовки Кт, приняв раз-
меры поперечного сечения а\2а.
2.42 . Определить температуру в центре тяжести цилиндра
по условиям задачи 2.29, если диаметр цилиндра равен d,
длина I.
2.4. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН*
2 43. Определить, какому виду конвекции —
1) естественной при ламинарном режиме;
2) естественной при турбулентном режиме;
' Исходные данные мноювариантных задач приведены в габл 2 2
46
2.2. ВАРИАНТЫ УСЛОВИЙ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 2.4
№ задачи | Задаваемые величины Номер варианта Задаваем ые величины Индекс варианта
1 2 3 4 5 а б Б Г д
2.'6 W, м/с 10 11 12 13 14 Лж, °C 250 290 310 330 350
2.37 d, мм 2S 40 50 69 82 °с 80 90 100 110 120
2.58 п, шт 10 15 20 25 31 / zh , С 30 10 < 50 55 60
2.59 /7, ШТ 4 7 И 15 19 /ст, °C 50 60 ’ 70 90 120
2.60 D, мм 40 50 62 72 S3 U, °с. 80 100 120 130 150
2.61 а, мм Ь, м 30 0,3 40 0,25 50 0,15 60 0,12 80 0,08 /„, °C 30 40 50 60 70
2.62 W. м/с 3 4 5 6 7 °C /ст, °C 20 50 20 100 , 80 30 - 50 20 100 20
2.61 W, м/с 0,5 1,0 1,5 2,0 «2,5 1, м 0,5 1 1,5 2 2,5
2.65 W, м/с 0,2 0,4 1,0 2,0 10 d, мм /ст, °C 20 20 30 80 40 80 50 20 60 100
2.67 d, мм 27 31 40 48 51 Sijd 1,2 1,8 2,0 О О 9 5
2.69 /„. °C Лт, °C 20 50 20 100 20 200 30 10 60 10 h, м 0,1 0,15 0,20 0,25 0,30
2.70 Ль, °C N, Вт/м 10 60 20 80 30 100 50 120 80 1.50 h, м 0,1 0,12 0,15 0,20 0,2.5
2.71 °C /ст, °C 10 90 20 80 30 50 • 90 10 50 30 h, м 0,1 0,15 0,20 0,25 0,30
2 74 /г, м Ь, м 3 3 3,5 3 4 4,5 6 5 8 /ст, °C 40 50 60 70 80
2.75 /ст, °C 1, М 40 3 СО 60 4 70 4,5 80 5 rf, м 0,1 0,15 0,2 0,2* 0,3
2.77 d, мм 1 1,5 2 2,5 3 /, А 3 6 9 12 15
2.78 /,К2, °C -30 -20 -10 Ю 10 6, мм 10 20 30 40 50
3) вынужденной при ламинарном режиме,
4) вынужденной при турбулентном режиме;
5) смешанной при ламинарном режиме
соответствуют следующие процессы:
1)втечение жидкости в трубе диаметром d- a) Red=1500;
Gr,/-=104, б) Red = 2000; Grd=106; в) Red=104; Gr(/=105;
2) обтекание восходящим потоком нагретой вертикальной
пластины высотой h\ a) Reb = 0; Gr/t= 10s; б) Re/1 = 0; Grd=1012;
в) Re/i=104; Grft=108; г) ReZl=106; СгЛ=1010, д) Reft=104;
Gr/(=1010,
3) поперечное обтекание нагретого горизонтального цилинд-
ра диаметром d: a) Red = 0; Grd=106; б) Red = 0; Grd=10H;
в) Re(/=103; Grrf=106; e) Red=104; Grd=106; ж) Red=10B;
Gr,/= 10*’.
2.44. Указать, какой из комплексов: 1) arf/X; 2) v/a; 3) wd/v,
4) wdlcr, 5) g0A№/v2; 6) gl/W2-,'7) gl3[v2; 8) g/3Ap/(pv2) назы-
вается: а) числом Рейнольдса Re; б) числом Грасгофа Gr;
в) числом Архимеда Аг; г) числом Галилея Ga; д) числом Пек-
ле Ре; е) числом Фруда Fr; ж) числом Нуссельта Nu; з) числом
Прандтля Рг.
2.45 Дифференциальное уравнение энергии для движения с
небольшой скоростью однородного потока имеет вид
/ О2/
а \-т-
д2 t L ди \
ду'1 ' ()г- /
(2.56)
Упростите его для случая стационарного движения газа в плос-
ком канале, если расстояние между стенками много меньше ши-
рины канала.
2.46. Используя преобразование подобия, установить, от ка-
ких безразмерных параметров будет зависеть температура в про-
цессе, рассмотренном в задаче 2.45.
2.47 Указать, для каких условий числа Грасгофа и Архи-
меда идентичны.
2.48. Установить, какому из перечисленных видов движения
соответствует указанная зависимость между числами подобия:
Вид движения
Уравнение подобия
1 Естественная конвекция
2. _ Смешанная конвекция
3 ' Вынужденная конвекция
4 Ламинарная естественная конвек-
ция
5 Турбулентная естественная кон-
векция
6 Ламинарное вынужденное обтека-
ние пластины
a) Nud = 3,66|/(Pr)
б) Nud = HRed08)
в) Nui=f(Rei05)
г) Nu, =/(ReА8)
48
7 . Турбулентное вынужденное обте-
кание пластины
8 Ламинарное стабилизированное
движение в трубе
9 Турбулентное стабилизированное
движение в трубе
10 . Вязкостно гравитационный режим
движения в трубе
д) Nu(=/(Gr(°2-’)
е) Nii;=/(Gr;(l 3!)
ж) Nud = /[Grrf° 1 (Redrf//)0'4]
2.49. Известно, что тепловой поток в условиях свободной
конвекции зависит от следующих параметров: плотности жид-
кости, динамического коэффициента вязкости, термического ко-
эффициента объемного расширения, ускорения свободного па-
дения, характерного размера поверхности, разности температу-
ры тела и окружающей его жидкости. С помощью теории раз-
мерностей показать, что характерным безразмерным комплек-
сом процесса, включающим все эти параметры, является число
Грасгофа
2.50. Используя теорию размерностей, получить вид уравне-
ния подобия для конвективного теплообмена в трубе, имея в
виду, что переменными в процессе являются: диаметр трубы,
коэффициент теплопроводности, скорость, плотность, изобарная
теплоемкость и динамический коэффициент вязкости жидкости,
коэффициент теплоотдачи.
2 51. Указать, какой из размеров: 1) внутренний диаметр
трубы, 2) наружный диаметр трубы, 3) продольная координата,
4) длина поверхности, является определяющим при расчете:
а) локального коэффициента теплоотдачи при естественной
конвекции на вертикальной стенке;
б) среднего коэффициента теплоотдачи при естественной кон-
векции на вертикальной поверхности;
в) среднего коэффициента теплоотдачи при естественной
конвекции около юризонтального цилиндра;
г) среднего коэффициента теплоотдачи при течении в трубе;
д) среднего коэффициента теплоотдачи при поперечном обте-
кании трубы;
е) среднего коэффициента теплоотдачи при продольном об-
текании пластины;
ж) локального коэффициента теплоотдачи при продольном
обтекании пластины
2.52 В результате исследования теплоотдачи при естествен-
ной конвекции от тонкой вертикальной изотермической пласти-
ны к окружающему воздуху получены данные, приведенные ни-
же. Высота пластины 0,5 м, ширина 0,16 м. Температура возду-
ха 25° С. Пластина выполнена из двух медных листов, между
которыми помещен плоский электрический нагреватель, поэтому
теплота отводится равномерно с обеих сторон пластины. Тепло-
вой поток через торцовые поверхности составляет 10% общего
количества выделяемой теплоты. Поверхности пластины поли-
рованы и имеют степень черноты е = 0,05, в связи б чем тепловой
4—1713 49
поток излучением от пластины составляет ~3%. Зная, что для
рассматриваемых условий характерна зависимость Nu=/(Gr-
•Рг), получить, используя данные эксперимента, уравнение по-
добия в явном виде.
К задаче 2 52
Мощность электрического пагревате
ля N, Вт . . . 4,16 1 3 40|,3 151
Температура пластины /Ст, °C . 33 45 75 174
2 53. Средний коэффициент теплоотдачи при турбулентном
движении воздуха в трубе равен 20 Вт/(м2-К). Во сколько раз
изменится коэффициент теплоотдачи, если при сохранении про-
чих условий увеличить диаметр трубы или скорость в 2 раза.
2.54. Горизонтальная изотермическая пДйстина длиной / об-
текается водой. Число Re/=105. Во сколько раз отличаются ко-
эффициенты теплообмена в конце пластины и на расстоянии
0,1/ от передней кромки.
2.55. Определить средний коэффициент теплообмена^ при
движении продуктов сгорания топлива в трубах воздухоподогре-
вателя с внутренним диаметром d = 37 мм. Средняя скорость
движения газов щ=12 м/с, температура газов на входе равна
/'ж = 280° С, на выходе /"ж=150°С. Длина труб /=2,1 м.
Решение. В инженерных расчетах коэффициент теплооб-
мена определяется, как правило, по уравнениям подобия Для
вынужденного движения в трубах Получены уравнения (2.16—
2.19) и (2.35—2.37), каждое из которых применяется в зависи-
мости от режима движения и других условий Режим движения
при течении в трубах определяется по величине числа Рейнольд-
са. Таким образом задача должна быть решена в следующей
последовательности’
а) определяются теплофизические параметры теплоносителя
при температуре равной определяющей (в перечисленных урав-
нениях за определяющую температуру принята средняя темпе-
ратура теплоносителя);
б) рассчитывается число Рейнольдса;
в) определяется режим движения и выбирается соответству-
ющее расчетное уравнение подобия;
г) по выбранному уравнению рассчитывается число Нуссель-
та;
д) по числу Нуссельта рассчитывается коэффициент тепло-
обмена.
Определяем теплофизические параметры газа по приложе-
нию 6 при /ж= (280+150)/2 = 215° С; 2.ж = 4,13-10“2 Вт/(м-К);
тж = 34,75- 10 е м2/с, Ргж = 0,667; рж = 0,728 кг/м3.
Рассчитываем число Рейнольдса
Re(/ 12-0,037,(34,75-10'-) = 12777.
50
При числе Ее(/,ж>104 режим движения в трубах турбулент-
ный. Для расчета числа Нуссельта используем уравнение (2.19)
. nL„ ж= 0,021 Re°'8A Ргж43 (Ргж/Ргсг)°’г’ez. (2.57)
Число Рг для газов мало изменяется от температуры (при-
ложение 6), поэтому принимаем Ргж/Ргст=1 Поскольку отно-
шение //(2 = 2,1/0,037 = 56,7 больше 50, принимаем е;=1.
Подставляем известные величины в уравнение (2 57)
Nu<; >,< = 0,021 • 12 7770'8 - 0,667°'43 = 34.
Зная, что Nud,x = ad/X, находим коэффициент теплообмена
« = = Вт М-.К.
’ d . 0,037
2.56. Решить задачу 2.55 при условии, что скорость газов
равна w, начальная температура газов t'm.
2.57. Расход воздуха, движущегося по трубе длиной / = 1,5 м
с внутренним диаметром d, равен G = 2,5-НУ 2 кг/с. Определить
среднюю температуру стенки трубы /ст, если температура воз-
духа на входе равна //}К=15°С, а на выходе i",K
2 58 Определить коэффициент теплообмена а при движении
трансформаторного масла в трубках горизонтального маслоох-
ладителя. Расход масла G = 0,5 кг/с. Количество труб, по кото-
рым движется масло, п. Внутренний диаметр труб (2=10 мм.
Средняя температура масла /ж, средняя температура стенки тру-
бы /ст = 20°С Длина труб />50т/.
2 59. В кожухотрубчатом водоподогревателе вода обтекает
продольно пучок труб, расположенный в кожухе диаметром D =
= 108 мм. Количество труб п, наружный диаметр труб (2 = 8 мм.
Скорость воды w = 2 м/с. Определить средний коэффициент теп-
лообмена а, если средняя температура воды С,; = 80°С и стенки
труб 2Т. Длина подогревателя L^>D.
2 60. Определить средний коэффициент теплообмена а при
движении воды в кольцевом канале теплообменного аппарата
типа «труба в трубе». Наружный диаметр канала D, внутрен-
ний (2 = 32 мм. Средняя температура воды /ж, температура стен-
ки Кт = 70°С Средняя скорость движения воды к>=1,5 м/с.
2.61. Нагретый для воздушного отопления здания воздух
движется по воздуховоду прямоугольного сечения аХ& со ско-
ростью 15 м/с. Определить средний коэффициент теплооб-
мена а в воздуховоде, если средняя температура воздуха /ж
Длина воздуховода значительно больше размеров поперечного
сечения.
2 62. Пластина с постоянной температурой поверхности /ст
обтекается потоком воздуха со скоростью w и температурой вда-
ли от пластины /ж. Длина пластины / = 0,25 м. Определить рас-
пределение коэффициента теплообмена а по длине пластины,
4f 51
найдя его значение на расстояниях от передней кромки, равных
0,1/, 0,2/, 0,4/ и /
2.63. По условиям задачи 2.62 определить средний коэффи-
циент теплообмена а и среднюю плотность теплового потока
q, т на пластине.
2.64 Пластина обтекается водой со скоростью w и темпера-
турой /ж = 20°С. Температура пластины /ст = 80°С. Длина пла-
стины /, ширина 0,5 м. Определить средний коэффициент тепло-
обмена а и тепловой поток Q от пластины к воде Полагаем, что
пограничный слой по всей длине пластины турбулентный.
2 65. Горизонтальная труба с наружным диаметром d обте-
кается восходящим потоком воздуха со скоростью w. Темпера-
тура трубы /ст по поверхности не изменяется; температура воз-
духа /ж = 40°С. Длина трубы / — 0,5 м. Определить конвективный
тепловой поток Q от трубы к воздуху
2 66. Решить задачу 2 65 при условии, что труба обтекается
нисходящим потоком воздуха.
2.67. Определить средний коэффициент теплообмена а к воз-
духу при поперечном обтекании пучка труб в воздухоподогре-
вателе. Расположение труб в пучке шахматное с поперечным
шагом si = l,5d и продольным шагом S2. Наружный диаметр
труб d. Скорость воздуха в самом узком сечении ш=18 м/с,
средняя температура воздуха /ж=120°С. Числр рядов п=10.
2 68. Решить задачу 2.67 при условии, что расположение
тр> б коридорное.
2.69. Определить распределение коэффициента теплообмена
а на вертикальной пластине высотой h, находящейся в среде
неподвижного воздуха с температурой /ж- Температура пласти-
ны постоянна по высоте и равна /ст. Определить количество от-
водимой (подводимой) теплоты Q, если ширина пластины равна
1 м, а отвод теплоты происходит с обеих сторон Расчет а вы-
полнить для расстояний от нижней кромки равных 0,05/z, 0,1/z,
0,2/г, 0,4/г и h.
2 70. Определить распределение температуры /ст по высоте
тонкой пластины высотой /г, нагреваемой электрическим током.
Пластина находится в неподвижном воздухе с температурой /ж.
Теплота выделяется равномерно по поверхности пластины. По-
требляемая электрическая мощность на 1 м высоты пластины
N. Отвод теплоты двусторонний Ширина пластины 0,3 м. Рас-
чет выполнить для расстояний от нижней кромки, равных 0,057г,
0,1/1, 0,2/г, 0,4/i и /1.
2 71. Определить тепловой поток от вертикальной изотермиче-
ской пластины высотой h и шириной 1 м, находящейся в непод-
вижной воде с температурой /ж °C. Температура пластины /ст.
Отвод (подвод) теплоты односторонний
2.72. Решить задачу 2 71, если пластина находится в ванне,
заполненной маслом МК.
52
2 73 Определить тепловой поток от пластины по условиям
задачи 2.71, если пластина расположена горизонтально тепло-
отдающей поверхностью вверх.
2.74. Определить тепловые потери конвекцией от стены су-
шильной камеры, расположенной внутри сушильного цеха Сред-
няя температура поверхности стены /ст; температура воздуха
в цехе 20° С Высота стены h, ширина b
2.75. Определить тепловые потери конвекцией изолирован-
ным паропроводом, расположенным внутри помещения котель-
ной. Длина паропровода I, наружный диаметр изоляции d. Тем-
пература наружной поверхности паропровода fCT, температура
воздуха в котельной 30° С. Паропровод расположен вертикаль-
но
2 76 Решить задачу 2.75, если паропровод расположен го-
ризонтально.
2.77. Определить температуру стального неокнсленного неизо-
лированного электрического провода tCT, если по нему течет ток
/, а температура окружающей среды равна 20° С. Провод имеет
диаметр d и расположен горизонтально в закрытом помещении.
Удельное электрическое сопротивление стали 45-10s Ом-м
Расчет провести с учетом конвективного теплообмена и теп-
лообмена излучением.
Указание по расчету, задачу удобно решать методом
последовательных приближений по величине доли теплоты, от-
даваемой излучением (в первом приближении принять равной
20% выделенной теплоты).
2 78. Определить, во сколько раз уменьшает тепловой поток
двойная оконная рама по сравнению с одинарной. Ширина за-
зора между стеклами 6, температура в здании /Ж1 = 20°С, тем-
пература на улице tx2. Толщина стекол 3 мм Коэффициент теп-
лообмена от воздуха к окнам внутри здания принять равным
сц = 6 Вт/(м2- К), от окон кнаружному воздуху а2 = 10 Вт/(м2- К).
Теплообмен излучением не учитывать.
Указание по расчету задачу удобно решать мето-
дом последовательных приближений по величине ек [см. форму-
лу (2 34)], в первом приближений принять ек=1.
2.5. ТЕПЛООБМЕН ПРИ КОНДЕНСАЦИИ И КИПЕНИИ*
2.79. Определить тепловой поток Q и паропроизводительность
G котла, если поверхность парогенерирующих труб F, давление
в котле р, температура стенки труб на А/ выше температуры на-
сыщения. Влиянием скорости движения пароводяной смеси на
коэффициент теплоотдачи при кипении пренебречь.
2 80 Какова должна быть поверхность кипятильных труб
парового котла, для того чтобы температура поверхности нагре-
Исходныс данные для задач раздела приведены в табл 2 3
53
2 3. ВАРИАНТЫ УСЛОВИИ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 2.5
№ задачи j Задаваемые величины Номер варианта Задаваемые величины Индекс варианта
1 j 3 1 5 а б В Г д
2.79 р, МПа 1,0 1,1 1.2 1,3 1,1 AZ, °C 10 12 14 15 16
F, м2 80 100 140 230 290
2 80 G, кг/с 0,2 Н 1 1.8 2,8 р, МПа 1,0 1 ,1 1,2 1,3 1,4
2.81 pf, МПа 0,20 0,21 0,22 0,23 0,21 р2, МПа 0,12 0,13 0,14 0,10 0,11
G., кг/с 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
2.82 g, кг/м2с 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 р, МПа 1,0 1 .1 1,2 1,1 1,4
2 83 /, м 0,5 0,7 1,6 1.8 2,0 d, м 0,020 0.018 0,016 0,014 0,012
р, МПа 0,15 0,14 0,13 0,12 0,10 п 10 15 20 30 40
At, °C 25 ^0 15 10 5
2.84 Z, м 1,0 1,5 2.0 2,5 • 3,0 d, м 0,012 0,014 0.016 0,018 0,025
G, кг/с 0,002.5 0,003 0,001 0,005 0,006 р, МПа 0,05 0,07 0,10 0,12 0,14
2.85 G, м/с 0,5 0,75 1,0 1,2 1 ,5 р, МПа 0,5 0,6 0,7 0.8 0,9
°C 6 8 10 12 1 1 11 20 30 15 25 10
d, мм 20 18 16 22 24
ва не превышала температуру насыщения более чем на 15° С.
Расход пара G, давление в котле р.
2.81. Определить поверхность нагрева испарителя системы
восполнения потерь конденсата на ТЭС. Расход вторичного пара
б2, давление вторичного пара р2, давление греющего пара pi.
Температуру стенки труб, в которых конденсируется греющий
пар, принять равной среднему арифметическому температур1
греющего и вторичного пара.
2.82 Определить температуру стенки кипятильной трубы па-
рового котла, если на 1 м2 ее поверхности образуется g па-
ра. Давление в котле р.
2.83. Определить количество конденсата, образующегося за
1 ч на вертикальном пучке охлаждаемых труб Число труб п,
наружный диаметр d, длина труб I. Температура наружной по-
верхности стенок труб на АД ниже температуры насыщения, пар
сухой насыщенный давлением р.
2 84. Определить температуру наружной поверхности стенки
Дт охлаждаемой трубы длиной I и наружным диаметром d, ес-
ли за 1 с на ней образуется G кг конденсата из сухого насыщен-
ного пара давлением р. Решить задачу для вертикального и го-
ризонтального положения трубы
2 85. Определить поверхность теплообмена F конденсатора
и длину труб коридорного горизонтального пучка, если расход
пара G и осуществляется полная конденсация без переохлажде-
ния конденсата. Пар сухой насыщенный, давление пара р. Сред-
няя температура охлаждающей воды t, разность температур па-
ра и наружной поверхности трубы вдвое меньше разности тем-
ператур сгенки трубы и охлаждающей воды. Среднее число труб
по высоте пучка п, диаметр труб d.
2 86 Решить задачу 2.85 для конденсатора с шахматным
расположением труб.
2.6. ЛУЧИСТЫЙ И СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН*
( >87 Как следует изменить условия для того , чтобы интег-
ральная плотность полусферического излучения с поверхности со степенью черноты е = 0,8 увеличилась: 1 в 2 раза а Увеличить температуру в 2 раза
2 в 4 раза э Увеличить температуру в 2 степень черноты в 2 раза раза, уменьшить
.3 в 8 раз в. Увеличить температуру в 2 степень черноты в 4 раза раза, уменьшить
4 в 16 раз г увеличить температуру в 4 степень черноты в 8 раз раза, уменьшить
5 в 32 раза д увеличить температуру в 4 степень черноты в 4 раза раза, уменьшить
6 в 64 раза е увеличить температуру в 2 степень черноты в 8 раз раза, уменьшить
' Исходные данные для многовариантных задач раздела приведены в
табл 2 4
55
о
2.4 ВАРИАНТЫ УСЛОВИЙ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 2.6
У Задаваемые величины Номер варианта Задаваемые величины Индекс варианта
к( 1 2 3 4 5 1 a j б В Г д
2.89 Лт1, °с 50 100 130 200 230 F, м2 0,20 0,23 0,30 0,22 0,15
2 90 Лт1, °с 30 100 130 200 2.30 /ст2, °C 18 16 20 19 17
2.91 Ml, °C 30 13 iO ~)~) 3-3 /, м -40 3.5 30 >.) 20
Материал Ас- бест Масля- ная крас- ка Алюми- ниевая краска Алюми- ниевая фольга Шамот d, м 0,2 0,25 0,3 0,4 0,15
2.92 U °C 1 1 16 18 20 22 а, Вт/(м2 К] ?СТ1, °C 2 9 4 10 •J и 6 12 7 13
2.93 ter, °C 8 6 1 2 0 1.Т>, °C F, м2 — 10 1,0 1/> -30 2,0 —2.5 2,5 —20 1,0
2 91 /ст1, °C е 23 0,13 22 о 2 20 0,1 18 0,03 10 0.1 ; Мт2, °C F, м2 -1 .0 0,0 —190 0,8 —200 1,0 — 150 0,7.5 -140 0,6
2 95 /ст1, С 8 300 0,3 330 0,4 400 0,3 130 0,6 300 0,7 / °C ^СТ2, е-, р 30 0,03 35 0,08 40 0,10 45 0,12 50 0,15
2.96 Н, м . Мт, °C 40 3,0 43 3,3 30 4,0 )5 5,0 60 1., °C а, Вт/(м2 К) Р, м 18 4,0 16 19 1,5 20 20 5 0 24 21 5,5 28 22 6,0 30
2.97 Н, м Ь, м а, м 0,3 1,8 1,8 0,6 2,0 2,0 2,0 3,0 2,3 2,3 4,0 2,8 4,0 6,0 3,0 Мт, °C t,K, °C 100 11 110 15 120 16 130 17 110 18
2.98 tB, °с е 10 0,13 30 0,20 60 0,2.3 70 0,30 80 0,33 АЛ °C а, Вт/(м2-К) 1(Ю 5 150 10 200 15 250 20 зоо 25
2 88 Какие из нижеперечисленных газов и газовых смесей
поглощают тепловое излучение: О2, 'Ns, O2+N2, СО?. Н->0,
СО2 + Н2О, COz+'Ns, H2O + N2, СО2 + О2.
2 89. Определить длину волны, на которую приходится мак-
симум спектральной интенсивности излучения, интегральную
плотность полусферического излучения Е и полный тепловой по-
ток собственного излучения Q с поверхности чугунной топочной
дверцы с температурой поверхности и площадью F. Опре-
делить, как изменятся значения вычисленных величин, если
дверцу покрыть теплостойкой алюминиевой краской.
2 90. Определить лучистый тепловой поток Q с поверхности
дрерцы для условий задачи 2.89 без покрытия краской, если
температура стен помещения /ст2.
2 91. Определить длину волны X, на которую приходится
максимум спектральной интенсивности излучения, интегральную
плотность излучения Е и тепловой поток собственного излуче-
ния Q с поверхности изолированного трубопровода длиной I,
диаметром d и температурой поверхности /ст1 при заданном ма-
териале наружного слоя изоляции.
2.92 . Определить полную потерю тепла Q с поверхности тру-
бопровода конвекцией и излучением для условий задачи 2.91,
если коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции а, тем-
пература воздуха в помещении tx, температура стен, потолка и
пола /ст2
2.93 . Определить лучистый тепловой поток между стеклами
двойной оконной рамы, если температуры внутренних поверхно-
стей стекол <ст1 и /ст2, площадь стекол F.
2.94 . Определить тепловой поток Q через стенки сосуда Дью-
ара, применяемого для хранения сжиженных газов, если степень
черноты внутренних поверхностей двойной стенки сосуда е,
температуры поверхностей tCTi и /СТ2, площадь поверхности сосу-
да F.
2.95 . Определить плотность теплового потока излучения q
между параллельными пластинами с температурами /СТ1 и tCT2,
степень черноты обеих пластин е.. Определить, как изменится
плотность теплового потока, если между пластинами установить:
а) один экран с той же степенью черноты, б) экран со степенью
черноты Сэкр
2 96. Определить тепловые потери Q с поверхности обмуров-
ки парового котла, выполненной из красного кирпича, если вы-
сота стен Н, периметр Р, температура наружной поверхности
стен /Ст, температура воздуха в помещении и температура стен
потолка и пела /ж, коэффициент теплообмена конвекцией а
2 97. Определить тепловые потери Q от боковых поверхно-
стей сомкнутых плит многоэтажного пресса, если их суммарная
высота И, лина й, ширина а, средняя температура поверхности
/ст, температура воздуха в по.мещении и температура стен
57
2.98 Температура воздуха по показаниям термопары, уста-
новленной в воздуховоде, tcn. Температура стенок воздуховода
на \t выше измеренной температуры воздуха. Степень черноты
спая е, коэффициент теплоотдачи от спая к воздуху а. Опреде-
лить погрешность показаний термопары 6^ = /Сп—^в, возникаю-
щей вследствие лучистого теплообмена между спаем и стеикАмн
воздуховода (/в — действительная температура воздуха).
3. ТЕПЛО- И МАССООБМЕН
3.1. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
3.1.1. Конвективный массообмен на полупроницаемых
поверхностях (проницаемых для компонента i)
Практически условия полупроницаемой поверхности возни-
кают при испарении компонента i с обтекаемой газом поверхно-
сти или при конденсации этого компонента из парогазовой сме-
си.
Поток массы компонента i на поверхности
Gi = ₽г(р/ж — Р; Ст) F, (3-1)
где F — площадь поверхности массообмена, м2; рг-ст, р;ж—-плот-
ность компонента i соответственно на поверхности и в окружа-
ющей среде, кг/м3; — коэффициент массообмена, м/с.
Концентрация компонента в потоке тгж и, следовательно,
р;ж определяется обычно условиями задачи. Концентрация на
стенке tHicr находится из условий термодинамического равнове-
сия Так, при испарении или конденсации пара из парогазовой
смеси парциальное давление активного компонента на поверх-
ности piC1. равняется давлению насыщения рн;,Ст при температу-
ре поверхности, поэтому
Pi.cT-PeJ-'’^-^ (3-2)
Рем Rt
где рем, рем — давление, Па, и плотность, кг/м3, смеси на поверх-
ности; Ri, RCM — газовые постоянные компоненты i и смеси на
поверхности.
Величины /?см и рем находятся по формулам для газовых сме-
сей (см. табл. 1.1).
Парциальное давление насыщения рн,ст для водяных паров
находят по приложению 2, а для некоторых других веществ по
приложению 11.
В процессе сушки или увлажнения древесных материалов,
когда температура поверхности выше’температуры точки росы,
влагосодержание воздуха около поверхности определяется по
58
диаграммам равновесной влажности (приложения 30, 31) по из-
вестной температуре и влажности поверхности тела.
Коэффициент массообмена (с учетом потока Стефана)
Рг — Р/ о 0 — mi, ст), (3,3)
где ₽, d — диффузионный коэффициент массообмена, м/с, кото-
рый определяется по диффузионному числу Нуссельта NuD;
Wict = Pict/pcm — массовая концентрация компонента i на стенке
Nup =?/,/>//А (3 4)
где I — определяющий размер, м; D — коэффициент диффузии
компонента i, м2/с.
Коэффициент диффузии, м2/с
D = Z)()(C/r„)Vo/A (3 5
где Do — коэффициент диффузии при температуре То и давле-
нии ро (приложение 12), показатель степени п зависит от рода
компонента (приложение 12).
Диффузионное число Нуссельта.
Определяется из условий термодиффузионной аналогии
Nuo = Nu Le0’67, (3.6
где Nu = a//X — число Нуссельта, рассчитываемое по уравнениям
теплообмена в соответствующих условиях; Le=ipZ)cp/X — число
Льюиса-Семенова. Здесь р, ср, Т — соответственно плотность,
изобарная теплоемкость и коэффициент теплопроводности сме-
си. Теплофизические свойства находят по определяющей темпе-
ратуре, принятой при расчете числа Nu.
Для малоинтенсивных процессов, когда отношение плотности
активного компонента рг/рсм-<0,1 или разность концентрации
его на стенке и в потоке (mix—т;ст)-<0,1, число Нуссельта оп-
ределяется по уравнениям теплообмена без массообмена, приве-
денным в разделе 2.1 Если указанные условия не соблюдаются,
то рассмотренный способ расчета .Массообмена можно использо-
вать для приближенных расчетов.
3.1.2. Тепло- и массообмен в капиллярно-пористых телах
Основные характеристики древесины и плитных материалов
из измельченной древесины как капиллярно-пористых тел.
Влагосодержание U материала
U = Овл GcyX, (3.7)
где бвл — масса влаги в материале, кг; Gcyx — масса абсолютно
сухого материала, кг.
59.
Влажность W на сухую массу (абсолютная влажность)
= 100(3.8)
‘Пористость Пу
Пу-- = 1------------1 — г, (3.9)
^тел рек
где иПОр — объем пор, м3; ител — объем тела, м3; ро — плотйость
абсолютно сухого материала (для древесины см. табл. 3.1), кг/м5;
pc~fc — плотность материала скелета пористого тела (для различ-
ных пород древесины рск—1540 кг/м3), е — аналог пористо-
сти [4].
3 1 СРЕДНЯЯ ВЕЛИЧИНА условной плотности р п плотности
в АБСОЛЮТНО СУХОМ СОСТОЯНИИ Ро НЕКОТОРЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ
Порода древесины ст, кг/м3 ро, кг/м1 j Порода I древесины Руст, кг/м Pl, кг/м3
Береза БОЮ' 61Q Ель 360' 420'
Бук 530' 630 Сосна 400 480
Дуб 560, 670 -
Коэффициент проницаемости (для древесины см. табл. 3.2)
QrS fx
Ар S
(3.10)
где Qy — объемный расход жидкости (газа) через пористое те-
ло, м3/с; Др — перепад давления, Па, 6 — толщина образца, м;
S — площадь поперечного сечения, м2; ц — динамический коэф-
фициент вязкости, Па-с
3 2 ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОНИЦАЕМОСТИ k„
ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ
Порода древесины ХЮ12 kv, мГ , _ ХЮ16
Осевое направление Радиальное направленно Тангенциальное направление
Заболонь Ядро Заболонь Ядро Заболонь Ядро
Береза 31 ,2 13,9 18,6 3,7 3,4 0,78
Бук 27,9 — 15,1 2,0 2,6 0,48
Дуб 38,9 0,19 22,2 1.7 4,3 0,36
Сосна 31,2 2,90 23,3 1,0 4,1 0,88
Ель 0,64 0,03 0,82 0,01 0,09 0,001
60
Коэффициент проницаемости влажного материала
(3-11)
где k0 — коэффициент проницаемости абсолютно сухого мате-
риала, м2; [7* — объемное влагосодержание (насыщенность),
М3/м ’.
и Ро
Пу-\>а
(3.12)
где рв — плотность воды, кг/м3.
Коэффициент проницаемости древесностружечного пакета 1
0,3
k = 1,7-10 |!—-------- (3.13)
s1 /г iv
где kw = 1-0,051 IF+0,0025W72; йс = 1 + 0,01с*; <₽f = Zc/Ao/z—
масштабный коэффициент, Определяемый по результатам ста-
тистического обмера частиц слоя (здесь /с — линейный пара-
метр-частиц исследуемого слоя, мм; /ю/т — линейный параметр
частиц фракции 10/7, мм); kw — поправочный коэффициент,
учитывающий влажность пакета; kc — поправочный коэффици-
ент, учитывающий степень осмоления пакета; с* — степень ос-
моления пакета, %.
Для слоя, состоящего из нескольких фракций, вместо пара-
метра /с используется его средняя величина, определяемая по
формуле
1=1
где g, — массовая доля i-й фракции, Ц — линейный параметр
частиц i-й фракции.
Статистические характеристики фракций древесностружечного пакета
Фракция
//, мм
ср/
10/71 7/5 5/3) 3/2' 2/1
40,4 109,6 218,1 248,8 383
1,0< 2,74 5,45 6,25 9,58
Условная плотность древесины (см. табл. 3.1)
Русл — 1 ,
(3-15)
где то — масса абсолютно сухой древесины, кг; нпг— объем
древесины при влажности, равной пределу гигроскопично-
сти, м3.
1 Долгинцев А 3 Теоретическое и экспериментальное исследование про
ницаемости пакета древесностружечной плиты Автореферат канд. дне. М
МЛТИ, 1975. 22 с.
61
Для древесины различных пород предел гигроскопичности
№11Г~30% при Т = 273 К.
Коэффициент фильтрации
/гф - fe v,
(3.16)
где v — кинематический коэффициент вязкости жидкости (га-
за), м2/с.
Теплофизические характеристики.
Коэффициент теплопроводности древесины [7]
к — лн k v,
(3.17)
где Лн — номинальное значение Z в тангенциальном направле-
нии при условной плотности рУсп = 360 кг/м’ (см. приложение
29), Вт/(м-К); kf —поправка на условную плотность древеси-
ны (см. ниже); kx— Поправка на направление теплового пото-
ка (см. табл. 3 3); при тепловом потоке в тангенциальном на-
правлении kx—i для всех пород древесины.
Русл, кг/м3
Русл, КГ/м3
ftp . . .
Величина поправки ko на условную плотность древесины
340 360 380, 400 450
0,98' 1,001 1,02' 1,05’ 1,13
500 550 600 650
1,22 1,36 1,56- 1,86
Коэффициент температуропроводности древесины
а — —
Р е
(3.18;
где р~русл — при влажности и р = русл(1 + И7/100) при
И7>Ц7пг; с — удельная массовая теплоемкость древесины,
Дж/(кг-К). Для практических расчетов теплоемкости влажной
древесины (U7/>0%) рекомендуется формула [Дж/(кг-К)]
1,173-103 [— — 1.73W2
I (100 / ’
(3.19}
3 3 ВЕЛИЧИНА ПОПРАВКИ kх НА НАПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА
Порода древесины Направление потока
радиаль ное ВДОЛЬ волокон
Лиственные с развитыми сердцевинными путями (дуб, бук, клен) Для остальных пород 1,1-5 1,15 1,6 2,2
62
ч Коэффициент теплопроводности трехслойных древесностру-
жечных плит в направлении перпендикулярном плоскости прес-
сования 1 *
^ = 0,1АР(;) Лц7(,)'Лт-(/), (3.21Р
где /гР(л) =0,415 + 0,0009,9;
' бидм = 0,985 + 0,0025 W,
kT(K) = 1+0,0018(7’—298);
р — плотность древесностружечной плиты при влажности W,
кг/м3; Т — температура плиты, К; W— влажность плиты, %.
Коэффициент температуропроводности древесностружечных
плит в направлении перпендикулярном плоскости прессования 1
<2 — 1,17-10 7 /?р(а; k\V(a) ^Г(а) k^T(a), (3.21 )
где kf(a) =1,455—0,0007р;
бича, = 0,67 №/(^-2);
ЙГ(Л) = 1—0,0018(7’—298);
АцУГ(а)=1—0,00048(117—6) (7"—298).
Удельная массовая теплоемкость древесностружечных плит
с учетом формул„(3.18, 3 20—3 21)
с = 8Г)5Уио*Ф) (3 22)
Р ^р(а) k<X (а) кГ(а) kVn(a)
Формулы (3.17, 3.18) справедливы в следующем диапазоне
изменения параметров 7” = 260--360 К; И7 = 5-+25°/о; р=560+-
-+815 кг/м>.
Расчет процессов нагревания, охлаждения и сушки.
При продувке пористого тела газом изменение во времени
•средней температуры материала скелета
Т,-Д + (7Д-Тг)ехр[-—-• (3.23)
рск'ск(' “V)
где 7Г — температура газа, продуваемого через пористое тело,
К; 7’скн — начальная температура материала скелета пористого
тела, К; т — время, с; ау— внутренний объемный коэффици-
ент теплообмена, Вт/(м3-К), определяемый из уравнения подо-
бия
Nuk = 2,1 IO4 Re^’49, (3.24)
где Nuv = ’—число Нуссельта; <7Э = Yk— эквивалентный
Л
диаметр, м.
1 Обливин А. Н , Крылов Б. А. Исследование теплофизических свойств
древесностружечных плит в зависимости от плотности, влажности и темпера-
туры в гигроскопической области. — Научные труды / ВНИИДрев, вып. 9,
1976, с 37—40.
63
Rez, = , (3.23)
где j— плотность массового потока, кг/(м2-с).
Уравнение (3.24) справедливо в диапазоне изменения Reii
7,0-10' I^e,. 2,4-10-'.
При пористом охлаждении, когда с одной стороны сквозь •
пористое тело подается жидкий (газообразный) охладитель, а'
с другой оно соприкасается с греющей средой, распределение
температуры
7'сК--7'г + (7''ск-Тг)ехр[-(1--^)Кп ], (3.26)
где Тг— температура охладителя, К; 7\к — температура ске-
лета тела со стороны греющей среды равная температуре сре-
ды, К, Кп” — —— безразмерное число охлаждения пори-
стых тел; У,=’^ск + 77г —1СК)—эквивалентный коэффициент
теплопроводности.
При расчете по формуле (3.26) принимается, что темпера-
тура материала скелета пористого тела в любой его точке рав-
на температуре жидкости (газа), что практически выполняется
при
Процесс низкотемпературной сушки (77 <353 К) плитных
материалов в периоде падающей скорости при граничных усло-
виях 3-го рода с начальными условиями 117(х, т = 0) = 1Ун-<
< 1УП r=const (х=0— центр; х=±6/2— поверхность):
распределение влажности но толщине плиты
W-Wp = ‘^ A-(rH-№p)cos^^exp( ^FoO; (3.27)
изменение во времени средней влажности
5г(Гн--Гр)ехр(-щ2Рот); (3.28)
1 = 1
скорость сушки
4^ = - (Гн - IFp) exp (-^ Fo,„), (3.29)
d - 2)- TT,
где IFH — начальная влажность плиты, %; 1УР — равновесная
влажность (см. приложения 30 и 31), %;
64
2sin . ft __________________2BPm______________.
”i + sin cos Vi ’ 1 1 Bim + |±2Z) ’
p,— корни характеристического уравнения ctgp = p,/Bim;
Pom — — диффузионное число
> —— — диффузионное число Био; am
aHl
Фурье [2]; Bi„,=
— коэффициент вла-
гопроводностн (для древесины, см. приложение 32); рт— коэф-
фициент массообмена, отнесенный к разности влагосодержа-
ния тела на поверхности un—W„/\QQ и равновесного влагосо-
держания пр= W'p/lOO (связь коэффициента рт и коэффициента
массообмена |3, (3 3) выражается как рт = рДр<,ж—р;,ст)/[ро(«р—
—«и)], где р0 — плотность абсолютно сухого материала).
Для древесины значение рт=Дф, t> w) определяется по при-
ложению 34 [7]
Коэффициент влагопроводности для плитных материалов из
измельченной древесины
1Д3.1О->орр' /ДУГ3'1,
т (273/ \5t0/
(3.30)
где Т — средняя температура плиты, К-
При проведении практических расчетов для стадии регуляр-
ного режима сушки можно ограничиться первым членом ряда
в уравнениях (3.27—3.29). Значения Bt и ц; при t=l в зави-
симости от Bim:
Bim . . . Г 11 2 4 8 12 20 30 50 оо
Bi ... . 0,986 0,963 O,92G 0,886 0,865 0,847 0,835 0825 0,810'6
gl 0,86 1,077 1,26 1,4» 1,45 1,50 1,52 1,54 1,5708
Изменение во времени средней влажности пористого тела
при продувке его газом в периоде постоянной скорости сушки
W = 1Кр + (1Кн-Гр)ехр(-?иД, (3.31)
где Pv — внутренний объемный коэффициент массообмена, от-
несенный к разности массовых концентраций, 1/с.
Величина [К- может быть определена из выражения1
Nur,o= ; > (3.32)
где Nuv.d— 1,8 10-iRe/e'41 —диффузионное число Нуссельта.
1 Обливин А Н, Афанасьев Г Н, Пожпток А И Тепломассообмен в
стружечном пакете —Научные труды/МЛТИ, вып. 102; 11977, с. 41—36.
5—1713 . 65
3.2. КОНВЕКТИВНЫЙ МАССООБМЕН
НА ПЛУПРОНИЦАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
3.1. Установить, как повлияет на величину массового потока
на поверхности испаряющейся жидкости следующее изменение
параметров процесса:
Изменение параметра
1. Увеличение скорости воздуха
2. Увеличение температуры жидкости
3. Увеличение относительной влажно-
сти воздуха при неизменной тем-
пературе
4. Увеличение температуры воздуха
при неизменной относительной
влажности
5. Уменьшение температуры жидко
сти
6. Увеличение давления воздуха
Характер влияния па массовый поток
а. Уменьшает за счет увеличения кон-
центрации пара в воздухе
б Увеличивает за счет увеличения
концентрации пара на поверхности
в. Уменьшает за счет уменьшения
концентрации пара на поверхности
г Увеличивает за счет увеличения
коэффициента массоотдачи
3.2. Для каких пар веществ аналогия между тепло- и мас-
сообменом соблюдается более строго: воздух — вода; воздух —
толуол; воздух — этиловый спирт.
3.3. В каком случае и насколько коэффициент массообмена
будет выше — при испарении в воздух воды или толуола, если
все другие условия процесса одинаковые.
3.4. Определить коэффициент диффузии D паров заданной
жидкости в воздухе при температуре t и давлении рСм =
= 0,15 МПа.
3.5. Плоская прямоугольная ванна, заполненная до краев
заданной жидкостью с температурой /Ct = 40°C, омывается
вдоль потоком воздуха. Определить средний коэффициент мас-
сообмена |3 на поверхности жидкости, если длина ванны 1, ско-
рость воздуха ш = 10 м/с, tK = 80°C, давление воздуха р =
= 0,101 МПа. Принять режим движения воздуха турбулентным
по всей поверхности.
3.6. Воздух с температурой tx и относительной влажностью
срж омывает открытую поверхность воды. Установить, при ка-
кой температуре воды /ст будет происходить испарение с по-
верхности.
3.7. Определить количество воды Л4, испаряющейся за 10 ч
с открытой поверхности бассейна, если температура воды /ст,
температура и относительная влажность окружающего воздуха
/ж = 20°С и фж, площадь поверхности бассейна 200 м2, коэффи-
циент теплообмена между жидкостью и воздухом а = 8 Вт/(м2-
•К).
' Исходные данные для многовариантных задач приведены в табл. 3.4,
66
3 4 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ЗАДАЧАМ РАЗДЕЛА 3 2
№ задачи Задаваемые величины Номер варианта
1 2 1 s 4 5
3.1 t, °C 10 20 10 60 80
3.5 /, м 0,3 0,5 1,0 . 1,5 2,0
3 6 °C 30 35 40 45 •50
3.7 Ст, °C 30 40 .50 60 80
3.8 Ст, °C 20 30 10 45 50
3.9 с<, °с 70 75 80 85 90
3.10 Ст, °с 20 25 30 35 40
3.11 Ск, °C .50 55 60 65 70
3 12 t' „, °C чЛк, % .50 .54 I .58 1 34 85 15 95 44 110 25
Продолжение
Индекс варианта
№ задачи Задаваемые величины а б В Г д
3 4 Жидкость Вода То.'гол Этанол Бензол Ацетон
3.5 » » » >
3.6 Фж, % 50 60 70 80 90
3.7 <Рж, % 40 50 60 70 80
3.8 Жидкость Вода Толуол Этанол Бензол Ацетон
3.9 Фж, % а, Вт/(м2 К) 5 20 7,5 25 10 30 15 35 20 40
3.10 а, Вт/(м2-К) 5 8 12 15 20
3.11 Фж, % 20 25 30 35 40
3.12 ф"ж, % 30 35 40 45 50
3 8. Открытый сосуд объемом 1 л, заполненный заданной
жидкостью с температурой находится в воздушной среде
при атмосферном давлении. Определить время т, за которое
жидкость испарится наполовину, если площадь открытой по-
верхности 0,015 м2, коэффициент теплообмена к воздуху при
естественной конвекции в соответствующих условиях а = 5 Вт/
/(м2-К). Параметры воздуха: /Ж=15°С, фж = 80%. Содержание
паров других жидкостей в воздухе пренебрежимо мало.
3 9. Определить плотность массового потока j в период по-
стоянной скорости сушки шпона в конвективной сушилке, если
5*
67
температура и относительная влажность воздуха /ж и <рж, тем-
пература поверхности шпона tcT — 60° С, коэффициент теплооб-
мена а. Влажность воздуха на поверхности равновесная.
3 10. Определить плотность массового потока / растворителя
на поверхности при сушке лакового покрытия. Температура
поверхности Л-т, концентрация паров растворителя (этанола)
в воздухе пренебрежимо мала, коэффициент теплообмена а.
Температура воздуха 20° С. Теплота к поверхности подводится
излучением от термоизлучательной панели.
3.11. Водопроводная труба наружным диаметром 50 мм и
длиной 10 м находится в помещении с повышенной температу-
рой и влажностью воздуха. Определить количество М сконден-
сирующегося на поверхности трубы за 1 ч пара, если темпера-
тура воды Z=10°C, температура и относительная влажность
воздуха t1K и <рж, коэффициент теплообмена к воздуху а =
= 5 Вт/(м2-К). Принять температуру поверхности трубы рав-
ной температуре воды.
3.12 Влажный воздух из сушильной камеры направляется
для регенерации тепла в теплообменник с температурой по-
верхности L=13°C. Определить, сколько теплоты Q может
быть получено в 1 ч за счет конденсации влаги на 1 м2 по-
верхности теплообм-енника. Параметры воздуха на выходе из
сушилки t'x и ф'ж, на выходе из теплообменника ^"ж = 40°С и
<р"ж Коэффициент теплообмена в теплообменнике а=12 Вт/
/(м2-К).
3.3. ТЕПЛО- И МАССООБМЕН В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ТЕЛАХ*
3.13. Определить коэффициенты проницаемости абсолютно
сухой древесины при влажности Ц7=Ц7ПГ (порода древесины
указана в вариантах задания). Температура древесины Т =
= 293 К
3.14. Определить пористость тела, имеющего влажность 1К,
если за время т = 200 с через тело продувается Qv м3 воздуха
с температурой Т = 323 К. Перепад давления составляет
0,15 МПа. Пористое тело имеет толщину 0,03 м, поперечное се-
чение 0,5 м2. Коэффициент проницаемости тела й0 = 3,5-
•10~14 м2 (при расчете принять, что начальная влажность тела
в процессе продувки не меняется).
3 15. Определить коэффициент проницаемости древесностру-
жечного ковра, имеющего влажность W, степень осмоления с*
и пористость Пу = 0,4. Состав стружки в зависимости от мас-
совой доли фракции дан в вариантах задачи.
3.16. Определить влажность пористого тела толщиной 6 по-
ристостью Пу = 0,5, имеющего площадь поперечного сечения
0,5 м2, если при перепаде давления 0,2 МПа через него прохо-
дит Qv м3 воздуха при температуре 323 К за время т = 300 с.
’ Исходные данные для многовариантных задач приведены в табл 3 5.
08
3 5. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ к ЗАДАЧАМ РАЗДЕЛА 3.3
№ за дачи Задаваемые Номер варианта Задаваемые величины Индекс варианта
величины О 3 4 5 а б В г д
1
3 13 Порода Береза Бук Дуб Ель Сосна 1 'аправле- Радиаль Танген Осевое Танген Радиаль-
древесины лие ное циальное циальное ное
Часть ствола Заболонь Заболонь Заболонь Ядро Ядро
3.14 W, % Г) 20 25 30 35 Qv, м3 0,1 0,2 0,3 0,5 0,4
3.15 Фракция gi gi gi gi gi W, % 4 6 8 10 12 .
0,25 0,15 0.1 0.3 0,2 с\ % 6 / 9 10
0,15 0,3 0,2 0,1 0,3
0,1 0,1.5 0,3 0,15 0,3
0,2 0 2 0,2 0,15 0,1
0,3 0,2 0,2 0,3 0,1
3.16 6, м 0,019 0,013 0,016 0,022 0.02.5 Qv, м3 0,2 0,3 0, 1 0,5 0,6
3.17 Др, МПа 0,15 0,2 0,25 0,3 о, 1 6 103, м ”) 10 20 3>) 40
Qv-103, м’-Д 20 25 35 45 55
3.18 Порода Сосна Ель Дуб Бук Береза т. к 253 29.3 313 333 353
древесины «7, % 20 10 60 Ч) 100
3.19 1% % ’) 10 15 20 25 т, к 260 273 283 293 293
рп, кг/м’ 560 600 650 730 • 800
3.21 Ро, кг/м’ 350 400 150 500 600 т, к 320 330 310 350 400
3 22 Ро, кг/м3 350 400 150 503 600 т, к 313 323 333 ЗВ 353
3.23 nv 0 63 0,18 0,5 0,55 0,6 6, м 0,01 0,013 0.019 0,022 0.025
Те, К 373 363 353 333 3'3 /, кг(м3 с) 0,05 0,01 0,035 0,02 0,015
3.25 6, м 0,01 0,016 0.019 0,022 0,02.5 ш, м/с 8 10 6 1 5
Т, К 313 323 333 343 353 Ро, кг/м3 500 700 600 Ч) ) 560
11%, % 7 6 9 8 5
3.26 Порода * Береза Бук Дуб Ель Сосна Т,,, к 313 309 305 313 311
древесины Гр, к 303 293 283 308 303
3,27 Те, К 363 3.53 313 333 323 /, кг/(м= с) 0,2 0,4 1 1,5 2
ф, % 10 1.5 18 19 2 >
3.28 6, м 9,013 0,016 0,019 0,02-2 0,025 т„, к 293 29л 300 30 3 305
%, к 453 433 473 443 463
Коэффициент проницаемости тела /го = 3,5-1О14 м2 (при рас-
чете принять, что начальная влажность тела в процессе про-
дувки не изменяется).
3.17. Производится исследование проницаемости образцов
'из древесины антисептиком (фтористый натрий 3%-ной кон-
центрации) при перепаде давления на образцах Ар. Образцы
имеют толщину 6, размером 40X40 мм и испытываются при
температуре 293 К- Расход антисептика через образцы Qv. По
данным исследований необходимо рассчитать коэффициенты
фильтрации. Физические характеристики для антисептика при-
нять такие же, как и для воды.
3.18. Рассчитать коэффициенты температуропроводности
для древесины (порода древесины указана в вариантах зада-
чи) в радиальном направлении.’ Температура древесины Т,
влажность W.
3.19. Рассчитать коэффициенты теплопроводности, темпера-
туропроводности и теплоемкости древесностружечной плиты при
температуре Т. Влажность плиты W, плотность р0.
3.20. Определить внутренний объемный коэффициент тепло-
обмена ау и среднюю температуру тела через 0,1 с после на-
чала продувки сухим воздухом абсолютно сухого стружечного*
пакета плотностью ро = 4ОО кг/м3 и температурой 17° С, состоя-
щего из древесных частиц следующего состава:
Фракция.............. 10/7 7/5 5/3 3/2,' 2/1,
Массовая доля , . . ОД 0,25 0,15 0,2 0,3'
Сухой воздух с температурой 380 К и удельным массовым
расходом 1,2 кг/(м2-с) подается в направлении, перпендикуляр-
ном плоскости прессования. Удельную массовую теплоемкость
стружечного пакета принять равной 2,5 кДж/(кг-К).
Решение 1. Определяем коэффициент проницаемости дре-
весностружечного пакета.
Определяем среднюю величину линейного параметра частиц
слоя /с по формуле (3.14)
/с = S gi li = 0,1 -40,4+0,25-109,6ф 0,15-218,1 +0,2-248,8+
+0,3-383,3=- 228,9 мм.
Линейный параметр частиц i-ii фракции k определяется по-
данным на с. 61.
Определяем масштабный коэффициент
/с 223,9 £
(о, = ---- = ----— 5,66-
+/7 40,4
Определяем аналог пористости s
е = —- о,26.
рСК 1
70
По формуле (3.13) определяем коэффициент проницаемости
древесностружечного, пакета
k = ku
„о,з
fl
е4 k w kc
r Cj'O i
- 17.10-’* —122—- 6,26-1012 м’.
0,26‘-l 1
2. Определяем внутренний объемный коэффициент теплооб-
мена из уравнения подобия (3 24):
Nuz = —-- = 2,1 • 10~4 Re*49.
Определяем эквивалентный диаметр
d3 - V"k = y6)26-lU- 12 = 2,5 10-R м.
Определяем число Рейнольдса Re* по формуле (3 25):
Ре/г=^1 =_1,2.2,5_1П-'>_ =135.10_i
ц 2,22-10-5
где ц = 2,22-10-5 Па-с (приложение 6).
Так как 7,0-10—3<2Re/<= 1,35-10-1<;2,4-10~’, то применение
формулы (3.24) допустимо.
Определяем число Нуссельта Nuy
Nuiz = 2,1 • 10~4Re*49 =2,1 IQ-4 (1,35 IO-1)0 4’ =7,87-10~5.
Определяем внутренний объемный коэффициент теплообме-
на. ау
NurX 7,87 10-3 32,3-10-’ 1 пл юг> о , s vx
ajz =-------— -------------------— = 4,06 • 10 ’ Вт (м3 • К) ,
^2 С ОД 1П_ 1” ' '
6,26.10- 1-
где 7,=32,3-10-3 Вт/(м-К)
3. Определим среднюю
пакета через время т = 0,1
ле (3.23):
(приложение 6).
температуру древесностружечного
с после начала продувки по форму-
Тск = Тг + (ТСкп — Тг) ехр
__________'JV________
Рек Сск (1 — П
= 380 (290 — 380) ехр Г-------------------4,03-1-0----- 0,11 = 293,6 К.
' 1 L 1740 2,5- 10J-0/2G J
3.21. Определить внутренний объемный коэффициент тепло-
обмена ау и построить график изменения температуры тела
во времени, если через абсолютно сухую древесностружечную
плиту плотностью ,р0 продувается сухой воздух с температурой
7 и удельным массовым расходом 1 кг/(м2-с) в направлении,
перпендикулярном плоскости прессования. Плита состоит из
71
древесных частиц фракции 10/7, удельная массовая теплоем-
кость которых c₽tK =2,5 кДж/(кг-К).
3 22. Через древесностружечную плиту плотностью ро и
удельной массовой теплоемкостью гРгк =2,5 .кДж/(кг-К) проду-
вается горячий воздух с температурой Т.
Построить график изменения средней температуры плиты во
времени и по графику определить время достижения плитой,
температуры на 3 К меньше температуры теплоносителя, если
объемный коэффициент теплообмена ctv=l,6'107 Вт/(ми-К), а
начальная температура плиты равна 263 К-
3 23. Для обеспечения заданной температуры в охлаждае-
мом объеме используется пористое охлаждение плоской плас-
тины В качестве пористой пластины применена древесностру-
жечная плита толщиной б и пористостью Пу. С одной стороны
она соприкасается с воздухом, имеющим температуру 7С, а с
другой стороны через плиту подается холодный воздух с тем-
пературой = 293 К и ф = 0,6 Удельный массовый поток воз-
духа равен j.
Рассчитать распределение температуры по толщине перего-
родки. Определить сечение в перегородке, в котором темпера-
тура воздуха составит 323 К
3.24. Пористая плита из измельченной древесины, имеющая
толщину 60 мм, длину 4 м и начальную влажность \V'H = 28°/o,
подвергается сушке горячим воздухом с температурой 80°С и
относительной влажностью ср = 20%. Воздух движется вдоль
плиты со скоростью 8 м/с. Определить среднюю влажность по-
ристой плиты через 6 ч после начала сушки.
Начальная температура пористой плиты Тп = 293 К, плот-
ность плиты ро = 65О кг/м!.
Решение 1. Определить по приложению 34 значение ко-
эффициента массообмена |Зт для условий примера (7 = 353 К,
ср = 20%, щ = 8 м/с): рт = 3,5-10"6 м/с.
2. Определяем коэффициент влагопроводности по формуле
(3.30)
am = 1,93-10-10 (ДУ2'’ 3’' = 1,04-10-9 м2/с.
3. Определяем диффузионное число Био Bir,
ч = 6-102м.
Так как Bim=101^>50, то в соответствии с данными на с. 65
щ = 1,5708 и В! = 0,8106.
4. Определяем среднюю влажность плиты через т = 6 ч пос-
ле начала сушки по формуле (3.28) (для стадии регулярного
режима сушки)
72
IF - - Гр = 5, ( Wu - Гр) exp (—pr’ Fo,„),
Определяем массообменное число Фурье Fori
Fo„, = °- - 6 3600 - 2,5 • 10- '5
(3,2)-' [(> Ю-Л'-З
По приложению 31 определяем равновесную влажность пли-
ты IVp по параметрам воздуха. <р = 20 % и Г = 353 К IFP = 2%
IF —2 + 0,8103 (28 - 2) ехр[ — (1,5708)2 • 2,5 • 102] =--21,8%.
3 25. Древесностружечная плита толщиной б после обработ-
ки антисептиком имеет начальную влажность IFH = 25%, под-
вергается сушке горячим воздухом с температурой Т и относи-
тельной влажностью ср = 20 % Воздух движется вдоль плиты со
скоростью w Плотность плиты ро, начальная температура пли-
ты Г,, = 293 К
Построить график процесса сушки, по которому определить
время сушки до конечной влажности WK и для этого момента
времени определить скорость сушки и распределение влажно-
сти по толщине плиты. Расчет произвести для начального рав-
номерного распределения влажности по толщине плиты.
3.26. Доска (порода древесины указана в вариантах зада-
ния) толщиной 6 = 4- Ю 2 м сушится горячим воздухом до ко-
нечной влажности IFK = 5°/o. Горячий воздух имеет следующие
параметры: температура мокрого термометра Ты, температура
точки росы Гр. Воздух движется вдоль доски со скоростью w —
= 0,5 м/с.
Определить скорость сушки и среднюю влажность через 8 ч
после начала сушки, если начальная влажность доски Wn =
= 30% равномерно распределена по толщине.
3.27. Стружечный пакет, имеющий толщину 40 мм, началь-
ную влажность lFn = 8Oo/o и температуру 293 К, сушится горя-
чим воздухом, продуваемым через пакет перпендикулярно плос-
кости прессования. Параметры горячего воздуха- температура
Тт, относительная влажность <р. Стружечный пакет неосмолен,
имеет пористость /7v = 0,6 и коэффициент проницаемости k0 —
= 2-10~п м2.
Определить время сушки до конечной ’влажности IFK = 3O%
и определить для этого момента скорость сушки, если плотность
массового потока воздуха составляет /.
3 28 Производится прессование однослойной древесностру-
жечной плиты толщиной б. Начальная температура древесно-
стружечного ковра Тн, температура плит пресса Тг.
Определить время т, за которое температура в центре пли-
ты достигнет 7’ц = 423 К
73
Построить графики распределения температуры по толщине
древесностружечной плиты для времени прессования: т/4; т/2;
Зт/4 и т (графики рекомендуется строить по температурам в
точках х=0, №±6/8, х = ±6/4, №36/8, х=±6/2). При расчете
принять значение коэффициента температуропроводности плиты
а = 6,3-10~7 м2/с.
Примечание Задачи 3 21—3 23, 3 26-, 3 27 п 3 28 рекомендуется ре-
шать с использованием ЭВМ.
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
4.1. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
Конструктивный и поверочный расчет теплообменных аппа-
ратов выполняется совместным решением системы уравнений
теплового баланса (4 1) или (4.2) и теплопередачи (4.3).
Уравнения теплового баланса (без учета потерь)
Q = Gl(r,-^) = C>(^-//2), (4.1)
Q = Gt ct (t\ - Г,) = C,2< 2 (t”2 -t'2), (4.2)
где Q — тепловой поток (тепловая мощность), Вт; G — расход
теплоносителя, кг/с; i— энтальпия теплоносителя, Дж/кг; с —
средняя массовая теплоемкость в интервале температур от t'
до t", Дж/(кг-К); t — температура, °C; индекс 1 обозначает ве-
личину, характеризующую греющий теплоноситель, 2 — нагре-
ваемый; вход в теплообменник обозначен одним штрихом, вы-
ход — двумя.
Потери теплоты от теплообменных аппаратов в окружаю-
щую среду составляют 2—5% подводимой теплоты. При необ-
ходимости они могут быть учтены в уравнениях (4 1) и (4.2)
умножением левой части на КПД аппарата ц = 0,954-0,98.
Уравнения теплопередачи и среднего температурного напора
Q= kFM;
= А - А •
‘ 1п (А /б/Д tv) ’
(4-3)
(4-4)
A76=0,5(A/6±AU (4.5)
где k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м-’-К); F — поверх-
ность теплообмена, м2; и Д/м — больший и меньший темпера-
турные напоры на входе и выходе теплоносителей, °C.
Уравнение (4.2) может быть использовано для теплоносите-
лей, не изменяющих агрегатного состояния Соотношение (4.5)
может быть использовано, если (Дйз/А/Д < 1,7.
74
Изменение температуры греющего теплоносителя при пря-
мотоке
Изменение температуры нагреваемого теплоносителя
c2G,). (4.8)
Уравнения (4 6—4.7) получены решением уравнений (4 2—
4.4) в предположении независимости теплоемкостей и коэффи-
циента теплопередачи от температуры. При необходимости вы-
полнения более точных расчетов для решения системы уравне-
ний (4.2, 4.3, 4.4) используется метод последовательных при-
ближений
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
4.1. К какому типу теплообменных аппаратов а. Рекупера
тивному, б. Регенеративному, в. Контактному, г. Смесительно
му, д Пленочному, относятся: 1. Приборы центрального отоп
ления. 2. Калориферы. 3. Деаэраторы 4. Градирни. 5. Аккуму
ляторы в производстве ДВП. 6. Барабанные сушилки в произ
водстве ДСП. 7. Плиты прессов. 8. Экраны паровых котлов
9. Пароперегреватели. 10. Вращающиеся воздухоподогреватели
11. Водяные экономайзеры.
4 2. В каких пределах принимаются скорости теплоносите
лей в теплообменных аппаратах
1. Вода
2. Насыщенный пар
3. Перегретый пар
4. Масла и другие вязкие
жидкости
5 Воздух и другие незапьпен-
ные газы
6. Дымовые газы и запытен-
ный воздух
a w < 1 м/с
б 1 < д!<3 м/с
в. 5<к'< 10 м/с
г. 10<ai-< 15 м/с
д 30<йу<50 м/с
е 50<тс'<75 м/с
75
4 3. В каких из заданных интервалах температур применя-
ются теплоносители
1. Вода
2. Водяной пар
3. Воздух
4. Дымовые газы
5. ВОТ
6. Масла
7. Фреоны
8. Аммиак
а — 60</<—30° С
б. —25<*<0°C
в 0</<150°С
г 50</<180°С
д. 100<Д<250°С
е 150</<250°С
ж. 150<Т<700° С
4.4. Какой вид имеет выражение для коэффициента тепло-
передачи через однослойную плоскую стенку, если между тер-
мическими проводимостями at, аг и Х/6 осуществляется соотно-
шение
1 aiJ>a2 и ai^*X/6 а k— —j----------j—
2. ai<a2 и aiCX/6 ~ + V +
3. ai = a2 и ai<C7./6 6. . k= 2
4. ai = a2 и ai B. k= 1
5 ai~a2; G Ъ ] . -4- X
G. ai = 2a: 2 * i ai<CX/6 Г.
7 а2<щ И a2<^Z/d Д k = ay
8. a2^>ai и a2»A/6 . e k = a2
’l a.
ж. k =
з. k= — а
3
и. fe =
нагреваемый —
o'l X
4 5. Какую температуру имеет стенка трубы теплообменного
аппарата, если
1. Греющий теплоноситель ды-
мовые газы,
вода
2. Г реющий
дымовые газы,
кипящая вода
3. Греющий теплоноситель ды-
76
теплоноситель
нагреваемый—
а. температуру близкую к тем-
пературе греющего теплоноси-
теля
б. температуру близкую к тем-
пературе нагреваемого тепло-
носителя
в. температуру близкую к
новые газы, нагреваемый — среднему значению температур
воздух теплоносителей
4 Греющий геплоноситель кон-
денсирующийся пар, нагревае-
мый — воздух
5. Греющий теплоноситель кон-
денсирующийся пар, нагревае-
мый — вода
6. Греющий теплоноситель во-
да, нагреваемый — вода
7. Ереющпй теплоноситель во-
да, нагреваемый — воздух
4 6 Какое из заданных значений коэффициента теплопере-
дачи можно принять как ориентировочное для теплообменных
аппаратов с теплоносителями:
1. Вода — вода
2. Вода — воздух
3. Пар — воздух
4. Пар — вода
5. Дымовые газы — вода
6. Дымовые газы — воздух
а 15<&<20 Вт/м2-К
б. 20<А><50 Вт/м2-К
в. -1200 Вт/м2-К
г. ~2500 Вт/м2-К
4.3. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
И КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ*
4.7. Определить среднеарифметический Д/а и среднелогариф-
мический Д<л температурный напор в теплообменнике при пря-
мотоке и противотоке, если температуры теплоносителей t'\, t"\,
t'2> t"2. Начертить графики изменения температур для обеих
схем движения теплоносителей. Определить средний темпера-
турный напор для тех же температур на входе и выходе из ап-
парата при перекрестном токе теплоносителей согласно вари-
анту
4.8. Определить среднеарифметический Д^а и среднелогариф-
мический ДГт температурный напор для конденсатора паровой
турбины. Давление пара ph конденсат не переохлаждается.
Температура охлаждающей циркуляционной воды на выходе
на bt ниже температуры насыщения. Температура циркуляци-
онной воды на входе в конденсатор К2 Начертите график изме-
нения температуры теплоносителей. Как зависит величина сред-
него температурного напора в конденсаторе от схемы движе-
ния теплоносителей?
4.9 Для восполнения потерь конденсата на ТЭС применяет-
ся испаритель, в котором химически очищенная вода нагрева-
* Исходные данные для задач раздела приведены в табл. 4 1.
77
4.1. ВАРИАНТЫ УСЛОВИЙ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 4 3
Задавае Номер варианта Индекс варианта
дачи мые 1 I величины
величины 1 2 1 3 1 4 1 5 a б в Г Д
4.7 t'l, °C 350 300 250 300 350 t'z, °C 10 12 14 16 18
Гь °C 100 120 130 140 150 t"z, °C 75 80 90 85 70
Схема дви I i i о a n j 1 П 1»
жения "tryur ftr U Lr
4.8 pt, МПа 0,0050 0,0015 0,0010 0,0055 0,0060 t'z, °C 8 9 IO ll 12
61, °C 14 13 12 П 10
4.9 Pi, МПа 0,15 0,50 0,55 0,60 0,65 t'z, °C 50 55 60 ')) 50
pz, МПа 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14
4.10 t'i, °C 290 260 300 280 270 pz, МПа 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20
t"i, °C 160 170 180 170 160 6r, °C 20 25 30 35 10
4 11 t'l, °C 900 1010 1100 930 1000 pz, МПа 1,40 1,35 1.30 1,25 1,20
f'l, °C 810 860 810 780 820 61, °C 60 70 80 75 65
4.12 t'i, °C 100 290 320 310 280 G,, М/С 7, m2 0,8 1,2 1,9 ' 2,7 5,8
°C k, Вт/(м2 K) 160 160 200 190 170 91 140 236 330 646
14 18 22 20 16
4.13 t'i, °C 300 320 340 300 280 Gz, кг/с 1,5 2 0 4,0 T”> 11,0
t"i, °C 200 180 160 170 190 F, m2 85 140 240 300 • 500
k, Вт/(м2 K) 22 26 30 28 21 t'z, °c 20 25 30 25 20
4 14 pi, МПа 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 Gz, кг/с 1,1 2,0 3,0 4,0 J, J
k, Вт/(м2 K) 2b 34 3S 30 22 F, m2 10 17 25 33 45
t'z, °C 0 — ) —10 —15 —20
4.15 t'i, °C 900 1050 1100 1000 950 Gz, кг/с 1,2 1,8 2,8 5,5 9,0
tf,i °C k, Вт/(м2 K) 800 860 880 840 820 F, m2 8,5 12,8 17,0 34,0 13,0
80 110 120 100 90 p, МПа 1,25 1,30 1,40 1,35 1,20
4.16 p, МПа 0.50 0,65 0,70 0,60 0,55 Gz, кг/с 7 15 26 120
i'2, °C k, Вт/(мг-К) 70 68 65 63 60 F, m2 4 8 15 .31 68
2000 2500 2100 2209 1800 Gi, кг/с 0,2 0,5 1,3 2,0 5,0
4.17 бет, мм 2,5 3,5 2,5 3,0 2,0 d, мм 51 53 57 60 63,5
X, мм 3.0 3,5 3.0 2,5 3,5 ti, °C 600 450 5->0 500 650
X3, мм 1,0 1,5 2,0 1,5 1,0 p, МПа 1,40 1,35 1,30 1,25 1,
ется от t'2 до температуры насыщения и испаряется при давле-
нии р2 за счет тепла, выделяющегося при конденсации сухого
насыщенного пара в змеевике, расположенном под уровнем во-
ды. Давление греющего пара pi. Определить средний темпера-
турный напор Д?а и Д/.1 начертить график изменения темпера-
тур теплоносителей.
4.10. В водяных экономайзерах паровых' котлов принята
противоточная схема движения теплоносителей. Определить
средний температурный напор ДО, если температура воды на
входе в экономайзер 104° С, а на выходе на Ы ниже температуры
насыщения при давлении в котле р2. Температура дымовых га-
зов на входе и на выходе из экономайзера t'i и t"i соответст-
венно. Начертите график изменения температур теплоносите-
лей _
4.11. Определить среднеарифметический Д^а и среднелогариф-
мический ДЛ, температурный напор для пароперегревателя па-
рового котла при прямотоке и противотоке, если давление пара
р2, температура пара на выходе из пароперегревателя на f>t
выше температуры насыщения, на входе — пар сухой насыщен-
ный, температура дымовых газов на входе в пароперегреватель
и на выходе из него t'i и t"i. Начертите графики изменения
температур теплоносителей для обеих схем движения теплоно-
сителей
4.12 * Определить тепловой поток от дымовых газов к пита-
тельной воде Q и температуру воды на выходе из водяного эко-
номайзера парового котла t"2 паропроизводительностью G2,
если температура питательной 'воды на входе в экономайзер
//,= Ю4°С, температура дымовых газов на входе и на выходе
из экономайзера Fi и t"2 соответственно. Коэффициент тепло-
передачи k, поверхность теплообмена F.
4 13 * Определить тепловой поток от дымовых газов к ду-
тьевому воздуху Q и температуру воздуха на выходе из возду-
хоподогревателя парового котла t"2. ^Расход воздуха G2, тем-
пература его на входе t'2. Температура дымовых газов на вхо-
де в воздухоподогреватель Fi, на выходе t"i Коэффициент теп-
лопередачи k, поверхность теплообмена F.
4.14. * Определить тепловой поток от пара к воздуху Q и
температуру воздуха на выходе из калорифера t"2, если рас-
ход воздуха G2, температура его на входе в калорифер t'2. Ко-
“ Задачи 4 12—4 16 могут быть решены с использованием среднеарифме-
тического значения температурного напора, для такого решения приведены
ответы Эти же задачи могут быть решены на ЭВМ. методом последователь-
ных приближений Схема движения теплоносителей — прямоток для нечетных
номеров вариантов, противоток — для четных. Для УИРС можно рекомендо-
вать решение этих задач для различных вариантов перекрестного тока.
В этом случае необходимо использовать аналитические выражения для по-
правки к А/ср, приведенные, например, в справочнике Уонг X. Основные
формулы и данные по теплообмену для инженеров. М • Атомиздат, 1979
79
эффициент теплопередачи k, поверхность теплообмена F. Гре-
ющий теплоноситель — сухой насыщенный пар — давлением р
конденсируется без переохлаждения конденсата. Схема движе-
ния теплоносителей — перекрестный ток.
4 15.* Определить тепловой поток Q, расход газов через па-
роперегреватель Gi и температуру газов за ним t"i для парового
котла паропроизводительностью G2. Температура дымовых га-
зов перед пароперегревателем t'i. Коэффициент теплопередачи
k, поверхность теплообмена F. В пароперегреватель поступает
сухой насыщенный пар давлением р, температура пара за па-
роперегревателем на 80° С выше температуры насыщения. Схе-
ма движения теплоносителей — прямоток.
4.16. * Определить тепловой поток от пара к сетевой воде
Q, температуру сетевой воды на выходе из сетевого подогрева-
теля t"2 и поверхность теплообмена F, если расход пара Gi,
расход воды G2, а температура ее на входе С2; коэффициент
теплопередачи k. Греющий теплоноситель— сухой насыщенный
пар давлением р — конденсируется без переохлаждения.
4.17. Определить количество пара G2, образующееся в кипя-
тильной трубе парового котла за 1 с. Длина тр^бы 4,5 м, на-
ружный диаметр d, толщина стенки трубы бст. Внутренняя по-
верхность трубы покрыта слоем накипи толщиной 6Н, на на-
ружной поверхности трубы имеется слой сажи и золы толщи-
ной 6з. Коэффициент теплообмена со стороны дымовых газов
ai = 80 Вт/(м2-К), со стороны пароводяной смесиМца2 = 6С00 Вт/
/(м2-К). Давление в котле р, температура дымовых газов t\
Рекомендуется принять коэффициент теплопроводности накипи
Хн= 1,0 Вт/(м-К), коэффициент теплопроводности золы и сажи
Х3 = 0,10 Вт/(м-К).
4.4. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА**
4.18. Определить поверхность нагрева F водяного экономай-
зера парового котла производительностью G2. Температура пи-"
татетьной воды на входе в экономайзер F2, температура на вы-
ходе из экономайзера на 55° С ниже температуры насыщения;
температура дымовых газов на входе в экономайзер l'i, на вы-
ходе /"1. Коэффициент теплопередачи k, давление в котле р2.
4.19. Определить поверхность нагрева воздухоподогревателя
Г, если расход воздуха G2, температура воздуха на входе в
воздухоподогреватель V2, на выходе t” 2 Температура дымовых
газов t'\ и /'Т. Коэффициент теплопередачи k.
4 20. Определить поверхность нагрева F пароперегревателя
парового котла производительностью G2 Давление пара р2, сте-
пень сухости х = 0,98. На выходе из пароперегревателя темпера-
* Пояснения см на с. 79
Исходные данные для задач раздела приведены в табл 4 2
80
4 2. ВАРИАНТЫ УСЛОВИЙ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 4 4
№ зз Номер варианта Индекс варианта
дачи величины 1 3 4 5 величины a й В г я
4 18 t'i, °C 290 260 300 270 2л0 f2, °с 100 96 102 101
1"1, °с 160 180 20) 190 170 рг, МПа 1 ,2ч 1 ,25 1,30 1,3.5 1,40
k, Вт/(м2 К) 12 11 16 18 20 G'», кг/с 0,7 1,1 1,8 2,8 5,6
4 19 f'l, °с 300 320 310 290 280 Г',, °C 20 25 30 22 24
/"1, °с 160 180 210 190 170 f',' °C 250 210 230 240 250
k, Вт/(м2 К) 20 21 22 21 20 G-, чг/с 2,0 2,5 3,0 3,5 4.0
4 20 fi, °C W 1050 1100 1000 950 61, °C 50 60 70 80 70
r"i, °C 460 880 870 860 870 МПа 1,20 1,25 1, 50 1,35 1, ю
k, Вт/(м= К) 40 90 100 НО 120 G>, кг/с 0,7 1,1 1,8 2.8 5,60
4 21 61, °C 10 11 12 11 10 k, Вт/(м2 К) 1850 4750 3701) 5000 3900
Pt, кПа 4,6 1,0 5,0' 4, > 1,8 г'., °C 12 10 8 9 И
Gi, кг/с 6 8 10 9 7 X 0,75 0,85 0,95 0,9 0,8
J °? Pi, МПа 0 40 0,50 0,55 0,60 0 65 t',, °C ( ) 9 10 11 12
/г, Вт/(м2 К) 2500 2 00 2300 2200 2100 i">, °C 85 80 95 90 100
04, кг/с 2,5 ' 2,0 1,5 1,0 0,5
4.23 си, Вт/(м2 К) S3 80 / ) 70 65 а2, Вт/(м2 К) 800 900 1000 1100 1200
6, мм 2,0 2,5 3,5 1,0 2,5
4 21 Uj, Вт/(м2 К) 10 1- 50 )) 60 а2, Вт/(м2 К) 80 75 70 65 60
Схема дни п г; I п П -П 1 Л П 6, мм 1 ,5 2,0 2,5 1,0 1,5
жения тт т LT ти f л и тщ
1 25 ai, Вт, См2 К) 4) | 60 80 | ”) 1 75 <ь< Вт/(м2 К) 1400 1200 1600 1800 1500
Схема дви, жения 4-1£± ф +- 6, мм 2,5 3 0 3,5 3,0 2,5
4.26 а,, Вт/(м2 К) 6400 7200 8000 7М) 6800 а2, Вт/(м2 К) 5200 4400 5600 4800 6000
6, мм 1,0 1,2 1,1 1,6 1,8
4.27 «н Вт/(м2 К) :ооо 1500 5000 5500 6000 аг, Вт/(м2-К) 6000 5000 4000 3000 2000
б, мм 1,5 1,8 2,0 2,5 1,8
тура пара на bt выше температуры насыщения. Температура’
дымовых газов на входе в ПП t\, на выходе t"\. Коэффициент
теплопередачи k Схема движения теплоносителей для вариан-
тов 1, 3, 5 — прямоток, 2, 4 — противоток.
4.21. Определить поверхность теплообмена F конденсатора
паровой турбины и расход охлаждающей воды G?, если расход
пара Gi, давление пара pi, степень сухости х, температура кон-
денсата на выходе из конденсатора на tut ниже температуры на-
сыщения. Температура воды на входе в конденсатор Р2, на вы-
ходе t"2 = 22° С. Коэффициент теплопередачи k.
4.22 Определить расход пара Gi и поверхность теплообмена
F пароводяного водоподогревателя, в котором расход нагревае-
мой воды Go, температура воды на входе t'i, на выходе t"2.
Греющий теплоноситель — сухой насыщенный пар давлением
Pi. Коэффициент теплопередачи k. Конденсат не переохлажда-
ется
4.23. Определить поверхность нагрева F трубчатого сталь-
ного водяного экономайзера, если коэффициент теплоотдачи со
стороны газов си, со стороны воды а2, толщина стенки б. Расход
теплоносителей и их температуры принять по задаче 4.18.
4.24. Определить поверхность F стального трубчатого возду-
хоподогревателя, если коэффициент теплоотдачи со стороны
дымовых газов си, со стороны воздуха аг, толщина стенки б.
Расходы и температуры теплоносителей принять по условиям
задачи 4.19
4 25 Определить поверхность F теплообмена пароперегрева-
теля, если коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов
си, со стороны пара <а2, толщина стенки б Расходы и темпера-
туры теплоносителей принять по условиям задачи 4.20
4 26. Определить поверхность теплообмена F конденсатора
паровой турбины, если коэффициент теплоотдачи со стороны
пара си, со стороны воды а2, стенки труб латунные, толщиной б.
Расходы и температуры теплоносителей принять по условиям
задачи 4.21.
4.27. Определить поверхность теплообмена F пароводяного
подогревателя сетевой воды, если коэффициент теплоотдачи со
стороны пара си, со стороны воды «2- Материал труб — сталь,
толщина стенки труб б. Расходы и температуры теплоносителей
принять по условиям задачи 4 22.
4.5. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА*
4 28 Определить тепловой поток Q и конечные температу-
ры теплоносителей 7"i и t"2 в маслоохладителе с расходом мас-
ла Gi, воды G2. Температура масла на входе в охладитель t'i.
‘ Исходные данные для задач раздела приведены в табл 4 3.
*' В задачах 4 28—4 31 схема движения теплоносителей прямоток для не-
четных номеров вариантов, противоток — для четных
82
4 3 ВАРИАНТЫ УСЛОВИИ ЗАДАЧ РАЗДЕЛА 4 5
Номер варианта
Задаваемые
№ задачи
величины 1 2 3 4 5
4.28 Gi, кг/с 2 4 6 • 8 10
G,, кг/с 10 24 36 56 60
F, м2 20 25 30 35 40
4.29 Gt, кг/с 1,8 3,7 5,0 9,5
Gz, кг/с 1,6 2.0 4,0 5,,5 11,0
Г, м2 85 140 210 300 500
4.30 G<, кг/с 0,10 0,22 0,33 0,42 0,6
G,_, кг/с 1 ,0 2,0 3,0 4,0 5,6
F, № 12 19 27 38 46
4.31 Gi, кг/с 6 8 10 12 14
Gz, кг/с 10 15 20 25 30
F, м2 10 60 80 100 120
4.32 Gz, кг/с 1,1 2 0 3,0 4,0 5,5
F, м2 10 17 25 35 40
Продолжение
Индекс варианта
Задаваем ые
№ задачи
ВС.1ПЧИ ны a 6 в Г д
4.28 t'i, °C 64 70 7) 80 90
t'z, °C 4 6 8 10 12
k, Вт/(м2 К) 200 180 160 140 120
4.29 t'i, °C 340 320 зоо 280 300
t'z, °C k, Вт/(м2-К) 25 21 30 29 27
30 28 26 24 22
4.30 t'i, °C 1Г) 120 125 135 130
t'z, °C 0 — .5 — 10 - 15 -‘20
k, Вт/(м2 K) 22 26 30 31 38
4.31 t’i, °C 130 135 1 10 132 128
t’z, °C 4 6 8 10 12
k, Вт/(м2 K) 11)11 120 140 115 130
4.32 p, МПа 0,50 0,6.5 0,70 0,60 0,55
t'z, °C 0 — 10 — 15 —20
k, Вт/(м2 K) 38 31 30 26 22
воды <t'2, поверхность теплообмена F, коэффициент теплопере-
дачи k
4.29 Определить тепловой поток Q и конечные темпера-
туры теплоносителей в воздухоподогревателе с расходом ды-
мовых газов Gi, воздуха G2. Температура дымовых газов на
входе в воздухоподогреватель t'i, воздуха /'2. Поверхность теп-
лообмена F, коэффициент теплопередачи k.
6* 83
4.30. Определить тепловой поток Q и конечные темпера-
туры теплоносителей t"i и t"2 в калорифере Температура гре-
ющей воды на входе t'\, воздуха t'i Расходы греющей воды и
воздуха Gi п Gi соответственно. Поверхность теплообмена F,.
коэффициент теплопередачи k.
4.31. Определить тепловой поток Q и конечные температуры
теплоносителей t'\ и t"2 в водо-водяном теплообменнике. Рас-
ходы греющей и нагреваемой воды Gi и б2, температуры на
входе в теплообменник t'i и t'i. Поверхность теплообмена F,
коэффициент теплопередачи k.
432 * * Определить тепловой поток Q, расход пара Gi и тем-
пературу нагретого воздуха после калорифера t"2. Температура
воздуха на входе в калорифер t'i, расход воздуха G2. Давление-
греющего пара р Пар конденсируется, но не переохлаждается.
Поверхность теплообмена F, коэффициент теплопередачи k.
5. КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ.
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
5.1. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ**
5.1.1. Топливо и его характеристики
Состав твердого и жидкого топлива может быть задан ра-
бочей, сухой или горючей массой составляющих элементов:
Cp + Hp+Sp., TN'4-Op+A₽-h Wp- К0%; (5 1)
Cc+He + S\ + Nr+O‘ + Ac= 100%. (5.2)
С' CHr4-Sr]4 Nr%О’- -100%. (5.3)
В формулах (5.1—5 3) обозначено содержание элементов в.
процентах- С — углерода, Н — водорода, — летучей серы,
N — азота, О — кислорода, А — золы, W — влаги.
Коэффициенты пересчета состава топлива приведены в табл.
5 1.
Низшая теплота сгорания рабочей массы для твердого и
жидкого топлива (кДж/кг)
Qp„ = 338СР + 1625Н1’ — 163,5 ((Г — S ) — 25Wp. (5.4)
Высшая теплота сгорания рабочей массы топлива (кДж/кг)
Q’b — QH C22,HH-25W». С-5)
8 При решении задачи 4 32 следует вывести выражение для Аг", ис-
пользовав условие постоянства температуры одного из теплоносителей
*1 Приведены только те зависимости, которые необходимы для решения
предлагаемого набора учебных задач. Формулы для расчета теплообменных
аппаратов приведены в разделе 4.
84
5 1. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕСЧЕТА СОСТАВА ТОПЛИВА
Заданная мдсса топлива Искомая масса топлива
рабочая сухая горючая
Рабочая 1 100 100
ICC— WP ГОС—\\ Г—Ар
Сухая 10H-W1’ 1 юо
loot 10'0—Ас
Горючая WO—Wp—А₽ 1 OiOl—Ас 1
10Q 100
Теплота сгорания газообразного топлива (кДж/м3)
QCH = Г8Н2 + 126СО + 358СН,, + 638С.Нс X 912С.,Н8 +
4- 1187С4Н10 + 1461С Н1, + 519С2Н4 + 860С3Н6 +
+ 1135C4Hs+ 1403< вН6. (5.6)-
Пересчет расходов натурального топлива В (кг/с) на услов-
ное
Ву = ВЭ, (5.7)
где 3 = QpH/29 300 — тепловой эквивалент топлива, (5.8)
29 300 — низшая теплота сгорания условного топлива,
кДж/кг
5.1.2. Объемы и энтальпия воздуха и продуктов сгорания
Теоретическое количество воздуха необходимое для полного
сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива (м3/кг)
V0 = 0,0889 (С1’ + 0,375Sp,) + 0,265Нр - 0,0333Ор. (5.9)-
Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного
сгорания 1 м3 газообразного топлива (м3/м3)
V0 ~ 0,0476 [0,5 (СО + Н2) + 1,5H,S д- £ (т + j X
\CmH„-O2], (5.10)’
Действительное количество воздуха, поступающего в топку:
K = ’TV°, (5.11)
где ат — коэффициент избытка воздуха в топке.
85-
Объем продуктов сгорания 1 кг твердого и жидкого топли-
ва (м3/кг)
Уг = К г + Ун2о = У»о, + У£, + (* — 1) У° + Ун о, (5.12)
где
Уго2 = 1,866 (С>'+ 0,375Sy,'100- . (5.13)
объем трехатомных газов;
Укг =0.79У°-| 0,8(№/Ю0)— (5.14)
теоретический объем азота (а=1);
Ун2о = Ун2о + 0,0161 (а — 1) У°— (5.15)
объем водяных паров;
Ущо = 0,111 Н" + 0,01241УР + 0,01611/°— (5.16)
теоретический объем водяных паров (и=1);
а — коэффициент избытка воздуха на выходе из данного га-
зохода, Усг—объем сухих газов.
Обьем составляющих продуктов сгорания 1 м3 газообразно-
го топлива (м3/м3)
Уко2 = 0,01 (СОг+ CO + H,S + 2mC;„H„), (5.17)
У\, =0,79 У°+ N, 100, (5.18)
Ущо = 0,01 (H2S + Н2 + у Ст Н„ + 0,124+) -р
+ 0,01611/°, (5.19)
где +=10 г/м3 — влагосодержание газообразного топлива, от-
несенное к 1 м3 сухого газа.
Процентное содержание трехатомных газов, кислорода и
азота в сухих газах при полном сгорании топлива
RO.,= (Ию2 1+) ЮО; (5.20)
О2=(Уо2 Ус.) 100 = 21 — ₽RO2-RO2; (5.21)
N2 = (l+2 V+) 100= 100-RO2 —()2. (5.22)
Безразмерная характеристика |3 для твердых и жидких топ-
лив
й — 9 ЧП HP —O.126QP + 0.04NP
Р ~ СР 4 0,3755Рл
(5.23)
При полном сгорании топлива коэффициент избытка воздуха
_____+_____
14 — 3,7620,
(5.24)
86
Для ориентировочной оценки значения коэффициента избыт-
ка воздуха пользуются формулой
Значения RO2MaKC приведены в приложении 13.'
Коэффициент избытка воздуха за газоходом определяется
как сумма коэффициента избытка воздуха в топке ат и присо-
сов воздуха по газовому тракту Ла‘пр:
7 = 5!Т + А7„р. (5 26)
Энтальпия продуктов полного сгорания 1 кг твердого, жид-
кого или 1 м3 газообразного топлива определяется по формуле
Л = Л + (’ - 1) /%, (5.27)
Г де /°г - I поа + 4~ Й120 = (с &)ко2+ \ К2 (с &)Л-,+
+ Кн2о К '0н2о — (5.28)
энтальпия продуктов сгорания при а=1 и температуре газов
О, °C;
/°в= 1/°(с,)в- (5 29)
энтальпия воздуха пру а=1 и температуре ф, °C.
Значения (сф) приведены в приложении 14.
5.1.3. Тепловой баланс котельного агрегата
Уравнение теплового баланса котельного агрегата на 1 кг
твердого (жидкого) топлива или на 1 м3 газообразного топ-
лива
Q₽P = Q. 4- Q2 4- Q3 4- Q4 + Q-, 4 Qn, (5.30)-
или в процентах от располагаемой теплоты тотива
. 91 4- <7з т 9з 4“ 94 4~ 9- 4_ 9в — 100%, (5.31)
где QPP — располагаемая теплота топлива, Qi (q^ — теплота,
полезно использованная в котлоагрегате на получение пара;
Q? (92)—потери теплоты с уходящими газами; Q3 (9з)—по-
тери теплоты от химической неполноты сгорания; Q4 (q,) —•
потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q-, (95)—
потери теплоты в окружающую среду; Q6 (q6) — потери тепло-
ты с физическим теплом шлаков.
QPP = Qph + QB в» + QT, + <?ф. (5 32)
где QB вн — теплота, внесенная в топку с воздухом, подогретым
вне котлоагрегата (для котлоагрегатов малой производительно-
сти Qbbh = O); Qm — физическая теплота топлива (учитывает-
ся, если топливо предварительно подогрето вне котлоагрегата);
<2ф — теплота, вносимая в топку с паровым дутьем.
Q1 — к— -ни) з —— G'kB Й1в)1 . (5.33)
о L 11 н * J
где D — паропроизводительность котлоагрегата, кг/с; В — рас-
ход топлива, кг/с; П — величина непрерывной продувки, % ; in—
энтальпия пара, кДж/кг; iKB и iпв энтальпия котловой и пи-
тательной воды, кДж/кг.
Для водогрейных котлов
Q, (5.34)
где GB — расход воды, кг/с; й и h — энтальпия воды'на входе
в котел и на выходе из него, кДж/кг.
Потери теплоты (%) с уходящими газами
(^ух 7ух ^°хв) ('"О 9,) /г ос\
<7., = ------------------, (.э.оэ;
QpP
где /ух — энтальпия уходящих газов, которая рассчитывается
по формуле (5 27); аух— коэффициент избытка воздуха в ухо-
дящих газах; /°хп— энтальпия холодного воздуха;
Лв- (5.36)
Температура холодного воздуха /хв, поступающего в газоходы,
принимается равной 30° С.
Потери теплоты (%) с уходящими газами приближенно
можно определить по формуле Татищева
/ I 1Й0 7 \ ^х“ /г 0-7 \
<7, = [т -4- n 7VX---—----------, (5.37)
\ 1 у 100 / 100 v ’
где т и п зависят от вида топлива и могут быть определены по
приложению 15.
Величины и определяются при теплотехнических испы-
таниях котлоагрегата; усредненные значения q, и qt приведены
в приложении 18, величины в приложении 16.
Потери теплоты с физическим теплом шлаков
_ Ч]П1[ сш , /[ПЛ А? / ~
=’ (5’38)
где Ашл — доля золы топлива в шлаке (усредненные значения
приведены в приложении 18); /Шл — температура шлака, °C;
сШл — теплоемкость шлака, кДж/(кг-К).
88
(5.39)
(5.40)
собственные
Прл сухом шлакоудалении принимают /ш,| = 600° С и сшл =
= 0,930 кДж/(кг-К). При сухом удалении шлака величина <?6 мо-
жет не учитываться, если Qr’P/419.
КПД котлоагрегата брутто (%)
^ва = gi 100 — (2,4- <7з + + 9э + 9с),
КПД котлоагрегата нетто (%)
ка — ^ка 7сн>
где <7сн — расход теплоты и электроэнергии на
нужды, %.
Расход топлива для парового котла (кг/с, м3/с)
Г П , 1
D I (<п гпв) + ] ()() (*Ka ,n”)
Qpp riKa
В
(5-41)
Расход топлива для водогрейного котла (кг/с, м3/с)
(G б)
Qpp 'ка
(5.42)
В формулах (5.41) и (5.42) цка выражен в долях.
5.1.4. Характеристики топочных устройств
Площадь зеркала горения (колосниковой решетки) (м2)
BQP.,
Я R
(5.43)
где — тепловое напряжение зеркала горения, кВт/м2.
Объем топки (м3)
_ В QP„
Яу
(5.44)
где qv — тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3.
Значения да и qv приведены в приложении 16.
Коэффициент полезного действия топки (%)
т)т= 100 - (<7з+-944- 0,5^ + <7,;). (5.45)
5.1.5. Теплоснабжение
Расчетный расход теплоты на отопление (Вт)
Qot — 7от И(^вп tp о). (5.46)
89
Расчетный расход теплоты на вентиляцию (Вт)
Qb — <7u V (^вн ip в). (5.47)
В этих формулах: V — наружный объем здания, м3; q0T и qa —
удельные отопительные и вентиляционные характеристики зда-
ний, Вт/(м3-К) (приложение 19); tpo и QB— расчетные темпера-
туры наружного воздуха для отопления и вентиляции, °C (при-
ложение 20); tBli — температура воздуха внутри помещения, °C.
Средние расходы теплоты (Вт) за отопительный период для
отопления и вентиляции:
Qo? - QOT ; (5.48)
*вн *р о
Q? =- QB , (5.49)
Gh о
где 1сро — средняя температура наружного воздуха за отопи-
тельный период, °C (приложение 20).
Годовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию,
кДж/юд:
Q),”3 = 24-3,6/zOT QoC, (5.50)
<3вод = 3,6z/z0TQbP, (5.51)
где Пот — продолжительность отопительного периода в сутках,
сут-год (приложение 20); г — число часов работы вентиляции
в сутки, ч/сут.
Расчетный расход теплоты (Вт) на горячее водоснабжение
жилых и общественных зданий
Qr = £Qfp, (5.52)
где k — коэффициент часовой неравномерности расхода тепло-
ты в течение суток (k — 2,2). Средний за отопительный период
расход теплоты (Вт) на горячее водоснабжение
q ср _ ст(а Ц С) /- 53)
где с — теплоемкость воды, равна 4187 Дж/(кг-К); m—коли-
чество жителей; а — норма расхода горячей воды для жилых
зданий на 1 жителя, кг/чел-сут (для приближенных расчетов
можно принять а =100 кг/чел-сут); b — норма расхода воды для
общественных зданий, 6 = 20 кг/чел-сут; Q — температура горя-
чей воды, Q=65°C; tx— температура холодной воды, Д = 5°С.
Величину Qcpr, Вт, приближенно можно оценить по формуле
Q,’*' = qc m, (5.54)
где qF — укрупненный показатель среднечасовой тепловой на-
90
грузки на горячее водоснабжение, приходящейся на 1 чел., q? =
= 350 Вт/чел.
В летнее время средний расход теплоты на горячее водо-
снабжение (Вт):
(5.55)
где tx„— температура водопроводной воды летом (15° С); р—
коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды
летом по сравнению с зимой (принимается равным 0,8, для про-
мышленных предприятий р=1).
Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение (кДж/год)
Q','u = 24-3,6 [лог Q?1’ Д- (350-лот) Q‘p] . (5.56)
5 2. ТОПЛИВО. ОБЪЕМЫ И ЭНТАЛЬПИИ ВОЗДУХА
И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
5.1. Определить состав рабочей массы или состав горючей
массы топлива. Исходный элементарный состав топлива вы-
брать в соответствии с заданным вариантом (табл. 5 2).
5.2. Определить низшую теплоту сгорания рабочей массы
топлива для условий задачи 5.1.
5.3. На складе котельной имеется 500 т топлива. Определить
запас топлива на складе в тоннах условного топлива (В5) для
условий задачи 5.1.
5.4. Определить низшую теплоту сгорания природного газа.
Газопровод и состав газа выбрать в табл. 5 3.
5.5. Определить объемный расход воздуха, подаваемого в
топку Ув, объемный расход дымовых газов на выходе из ко-
тельного агрегата У)Х, энтальпию уходящих газов при сжигании
1 кг топлива, если известны расход топлива В, тип топки, ко-
5 2. ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ЗАДАЧАМ 5 1—5 3
S Месторождение и марка топлива Элементы топлива. %
сг № А1' Ог 1FP
1 Донецкий, Д 75,6 л 5 4,6 1,5 12,8 25,0 13,0
9 Донецкий, Г 80,0 5,5 4,6 1, 1 8,5 25,0 8,0
3 Доне'цкий, Т 88,0 1,4 3,9 1,3 2,4 25,0 5,0
4 Донецкий, А 93,0 1,7 2,5 0,9 1,9 25,0 8,5
5 Донецкий, ПА 89,9 3,5 3,3 1,3 2,0 22,0 5,0
6 Кузнецкий, Д 78,5 •5,6 0,4 2,5 13,0 15,0 12,0
7 Кузнецкий, Г 82,0 , 8 0,6 2,2 9,4 12,0 8,5
8 Кузнецкий, СС 84,5 •5,1 0,4 2,1 7,9 20,0 9,0
9 Кузнецкий, Т 89,5 4,0 0,5 2,0 1,0 18,0 6,5
10 Древесные отходы 51,9 6,3 0,16 1,0 40,7 0,8 50,5
91
Продолжение
№ ва- рианта Месторождение и марка топлива СР HP S,P NP ОР АР ГР
и Печорский, Д 47,7 3,2 2,6 и 8,8 25,4 11,0
12 Пыль от шлифовки 41,8 5,8 — 1,0 39,6 0 9 7 8
дсп •
13 Кнзеловский, Г 48,5 Д. 6 6,1 0.8 1,0 31,6 6,0
14 .Сучанский, Г 49.8 3.2 0,4 0,0 6,3 31.0 а,
J5 Львовско Волынский, Г ')), J 3,7 2,6 0,9 7. > 19,8 10,0
16 Экибастузский, СС 43,4 2,9 0.8 0,8 7,0 38,1 7,0
I/ Капско-Ачинский, Б2 43,7 3,0 0,2 0,6 13,5 6,0 33,0
18 Райчихинский, Б2 37,7 3,3 0,3 0,6 12,2 9,1 37.5
19 Челябинский, БЗ 37,3 2,8 1 0 0,9 10,5 29,5 18,0
20 Волчанский, БЗ 21,7 2,3 0,2 0,5 13,1 33,2 22,0
21 • Ангреиский, Б2 39,8 2,0 1 ,з 0,2 9,1 13,1 34,5
22 Торф фрезерный 24.7 2,6 0, 1 1,1 15,2 6,3 50,0
23 Древесные отходы с0,3 3,6 — 0,4 25,1 0,6 40,0
24 Мазут малосернистый 81,6 11.7 0,3 0,3 — 0,1 3,0
25 Мазут высокосериис- ТЫЙ 83,0 10,4 2,8 0,7 — 0,1*- 3,0
5 3 ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ЗАДАЧЕ 54
<№ ва- рианта Газопровод СН^ C2Ht с,н. с.н,,, с.н,, NT со/
1 Брянск — Москва 92,8 3,9 1,1 0,4 0,1 1,6 0,1
2 Бухара — Урал 94,9 3,2 0, 1 0,1 0,1 0,9 0,4
3 Газли — Ташкент 91,0 2,8 0,4 0,3 0,1 2,0 0,4
4 Гоголево — Полтава 85,8 0,2 0,1 0,1 — 13,7 0,1
5 Дашава — Киев 98,9 0,3 0,1 0,1 — 0,4 0,2
6 Джаркак — Ташкент 95,5 2,7 0,4 0.,2 0,1 1.0 0,1
7 Карабулак — Грозный 68,5 14,5 7,6 3,5 1,0 3,5 1,4
Карадаг — Тбилиси — Ереван 93,9 3,1 1,1 0,3 2,3 0,1 0,5 1,3 0,2 0,5
9 Коробки — Камыши 81,5 8,0 1,0 3,2
10 Коробки — Волгоград 93,2 1,9 0,8 о,з 0.1 3,0 0,7
11 Кумертау — Магнито горек 81,7 5,3 2,9 0,9 0,7 0,3 8,8 0,1 0,3
12 Липево — Вольск 93,2 2,6 1,2 — 2.0
13 Оренбург — Совхоз 91,1 1,1 1,9 0,6 — 0,2 0,7
ное 51
14 Промысловка — Аст рахйнь 97,1 0,3 0,1 0,2 — 2,4 0,1 0.1
15 Редки — Вильнюс 95,6 0,/ 0, 1 0,2 2.8
16 Саратов — Горький 91,9 2,1 1,3 0.4 0,1 3.0 1,2
17 Саратов — Москва 81, ) 3,8 1,9 0,9 0,3 7,8 0,8
18 Саушино — Волго- 96,1 0,7 0,1 0,1 — 2,8 0,2
19 град Серпухов — Ленин 89 7 5,2 1.7 0,5 0,1 2,7 0,1
20 град Средняя Азия — 93,8 3,6 0,7 0,2 0,4 0,7 0.6
Центр 92,6 2,9 0. 1 0,1 2,6
21 Ставрополь — Москва 1,0 0,5
22 Ставрополь — Грозный 93,2 0,1 0,1 0,1 — 1,0 0,2
23 Угерско — Киев 98, > 0,2 0,1 — — 1,0 0,2
24 Д 25®. Урицк — Сторожовка 91,9 2,4 1,1 0,8 0,1 3,2 0, >
Шебелннка—Харьков 92,8 3,9 1,0 0,4 0,3 1,5 0,1
" H2=l,l%
92
эффициент избытка воздуха в топке ат, величина присосов воз-
духа в газоходах котельного агрегата Дапр, температура уходя-
щих газов -бух (табл. 5.4) Состав сжигаемого топлива выбрать
по условиям задачи 5.1.
5.6.. Определить объемный расход дымовых газов на выходе
из топки Ут, объемный расход воздуха, подаваемого в топку VB,.
энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки /т. Состав
газа выбрать из табл. 5.3. Расход топлива В, коэффициент из-
бытка воздуха в топке ат, температура продуктов сгорания на
выходе из топки Фт заданы (табл. 5.4).
5.7 Определить коэффициент избытка воздуха а при пол-
ном сгорании природного газа, если продукты сгорания содер-
жат RO2 и О2 (табл. 5 4).
5 8 Б топке котельного агрегата сжигается топливо, его со-
став выбрать из табл. 5.2 по заданной марке. Определить коэф-
фициент избытка воздуха а в дымовых газах, если содержание
трехатомных газов в них равно RO2 (табл. 5.4).
5.3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА.
ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА*
5.9. Какие из приведенных видов топок применяются в кот-
лах малой и средней паропроизводительности для сжигания
следующих видов топлива:
1 Дров
2 Измельченных древесных отходов
3 Опилок
4 . Древесно шлифовальной пыли
5 Фрезерного торфа
6 . Бурых углей
7 Каменных углей
8 Антрацита
9 Угольной пыли
10 Газа
11 . Мазута
а Топки ЗП РПК
б Топки скоростного горения ЦКТИ
системы В Померанцева
в Топки с цепной решеткой прямого
хода
г. Топки с забрасывателем и цепной
решеткой обратного хода
д Вихревые топки системы А Шерш-
нева
е Камерные топки
ж Шахтные топки с наклонным зер-
калом горения
з Циклонные топки
5.10. Задано: топливо, паропроизводительность котельного
агрегата D, присосы воздуха за топкой Ла, температура уходя-
щих газов Фух. Определить тип топки (приложение 17), коэффи-
циент избытка воздуха в уходящих газах а>х, потери теплоты
с уходящими газами </2, с физической теплотой шлаков q6
(^шл = 600° С), КПД котлоагрегата. Состав топлива выбрать из
табл. 5 2. Величины q3, q-,, ашл, ат выбрать из приложения 18,
q$ из приложения 16. Принять температуру холодного воздуха
в помещении котельной /хв = 30°С, Qpp = QpH.
Исходные данные для задач раздела 5 10—5 14 приведены в табл 5 5
93
5.4. ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ЗАДАЧАМ 5.5-5 8
Индекс варианта
Задаваемые величины а б в | г д
задачи
Номер варианта
Задавае-
мые вели-
чины
1 2 3 4 5
5.5 Топливо Донец- Канско- Древес- Пыль о г Мазут Дсбдр 6,10 0,15 0,20 0,25 0,30
кий, А Ачин- ные от- шлифов- малорер-
ский, Б2 ходы, ки ДСП нистый
\VP = 40% ОУх°С 200 190 180 170 160
Топка С цепной С цепной Скорост- Циклон- Камер- В, кг/ч 1400 3200 3200 700 1000
решеткой решеткой ного го- ная ная
прямого обратно- рения
хода го хода цкти—
и забра- Поме-
сывате- ранцева
лем
ат 1,5 1,3 1,35 1,2 1,1
5.6 Газопро- Брянск— Бухара— Короб- Сара- Серпу- От, °C 1150 1100 1050 1000 950
вод Москва Урал ки — Ка- тов— хов —
мыши Москва Ленин-
град
Топка Камер- Камер- Камер- Камер- Камер От 1,05 1,08 1,10 1,12 1,15
ная ная ная ная пая
В, м3/с 0,057 0,095 0,152 0,233 0,565
5.7 ro2, % 7 8 9 10 И О2, % 8 7 5 4 2
5.8 Топливо Экибас- Челябин Пыль от Древес- Мазут RO2) % 14 13 15,8 12 15
тузский, ский, БЗ шлифов- ные от- малосер
СС ки ДСП ходы, нистый
WP = 4O%
i.5. ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ЗАДАЧАМ 5.10-5.14
Номер варианта 1 Задавае- • мне ве- личины Индекс варианта
1 ! 2 | 3 4 5 а б в г | Д
№ задачи
Задаваемые
величины
5.10 Топливо D, т/ч Донецкий, А Челябин- ский, БЗ Древесные отходы, 1Гв = 501,5% 10 Древесные опилки, й/р = 40% 20 Пыль от шлифования ДСП 4 ЛИпр Окх, °C 0,15 200 0,18 190 0,20 1-0 0,22 170 0,25 160
6,5 20
5.11 Топливо Древесные Канско- Экибастуз- Пыль от Мазут мало Р, 1,3 1,2 1,1 1,0 1,4
отходы, Ачинский, ский, СС шлифовки сернистый МПа
И7р=40% Б2 ДСП D, 2,73 1,80 1,11 0,695 5,56
Т]ка, % 79 77 81 83 90 кг/с
t, °C 210 Насыщенный пар 250
5.12 Вк-10~-, 12,5 11,8 4,2 5,3 2,4 р, 1,4 2,0 2,4 4,0 1,2
т/год МПа
Q₽h, 10>, 2 14,0 16,8 40,3 22,6 t, °C Насыщенный гар
МДж/кг
Дк-Ю-1, 40,4 54,5 24,2 79,8 19,1
т/год
5.13 Газопровод Брянск — Бухара — Саратов — Серпухов — Дашава — Т)ка, 87 89 91 88 90
Москва Урал Москва Ленинград Киев °/о
Л, °с 70 60 65 60 50 Св, 50 80 20 15 35
/=, °C 150 130 140 115 95 т/ч
5.14 Топливо Донецкий, А Кузнецкий, Канско- Древесные Мазут высо- t, °C Насыщенный пар
Т Ачинский, отходы, косерннстый
Б2 1Кр = 50,5% D, т/ч 2,5 4,0 6,5 10 20
Лка, % . 801 81 82 77 88
со СЛ р, МПа 1,4 1,3 2,4 1,1 1,2
5.11. Определить расход топлива В, расход условного топли-
ва Ву. Задано: топливо, паропроизводительность котельного аг-
регата D, давление пара р, температура пара t, температура пи-
тательной воды ^пв=100°С, процент непрерывной продувки П=
= 3%, КПД котлоагрегата т]ка-
Состав топлива выбрать из табл. 5 2. При решении задачи
ПрИНЯТЬ Qpp=Q₽n.
5 12. В котельной предприятия израсходовано за год топли-
ва Вк с низшей теплотой сгорания QpH и выработано пара £>к
при параметрах р и t и температуре питательной воды гпв =
= 100° С. Расход пара на собственные нужды Вс H = 0,025DK,
количество продувочной воды Gnp=0,03DK. Определить КПД
котлов брутто и нетто.
5.13. В топке водогрейного котла сжигается природный газ.
Определить расход газа В и расход условного топлива Bv, ес-
ли КПД котлоагрегата брутто т|ка, расход воды GB, темпера-
тура воды, поступающей в котел G и температура воды, выхо-
дящей из него, t2 заданы. Состав газа выбрать из табл. 5.3. При
решении задачи принять QPP = QCH.
5 14 Определить размеры топки — площадь зеркала горе-
ния R и объем Кт. Задано: топливо, паропроизводительность
котельного агрегата D, параметры пара р и t, температура пи-
тательной воды /Пв=100°С, КПД котлоагрегата дка. Состав топ-
лива выбрать из табл. 5.3, тип топки выбрать из приложения
17, а ее характеристики из приложения 18.
5.4. ТЕПЛОВАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ*
5 15. Каково назначение
котла'
1. Пароперегревателя
2. Барабана
Экранных труб
4i Кипятильных труб
5 Опускных труб
6 Коллекторов экранов
7 Сепарационных устройств
5.16. Каково назначение
установки:
1 Питательных насосов
2 Деаэратора
3 Расширителя непрерывной про-
дувки
4- Фильтров хпмводоподготовки
5 Взрывных клапанов
6 Обратных клапанов
следующих элементов парового
а. Подвод питательной воды к кол-
лекторам экранов
б. Отделение пара от воды и сбор
пара
в ' Получение перегретого пара
г. Отделение капель влаги от пара
д Осуществление парообразования
е Распределение питательной воды
по экранным трубам
следующих элементов котельной
а Удаление отложений летучей золы
и сажи на поверхности нагрева
б Осветление и умягчение воды
в Создание разрежения в газоходах
г Удаление из воды растворенных
газов
Исходные данные к многовариантным задачам раздела приведены в
табл 5.6.
96
5 6 ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ЗАДАЧАМ 5.17—5 24
Номер варианта Задаваемые величины Индекс варианта
1 2 3 4 5 а б в г д
заадчи
Задаваемые
величины
5.17 V-10“3, м3/ч /пр, °C 10 21 Г> 20 20 19 30 18 40 17 р, МПа 0,7 — 19 0,6 —8 0.5 — 15 0.4 — 11 0,3 -22
/р в, °C
5.18 Местополо- жение, цех Архан- гельск, ДВП Астра- хань, гараж Брянск, сушиль- ный Калинин, дсп Красно- ярск, окороч- ный /вх, °C 150 140 130 115 95
К-10г3, м3 30 10 20 60 40 /вых, С 70 65 60 j ) 50
5.19 Q„t-1O“3, 2,1 3,2 4,0 5,0 1,1 /'сет, °C 80 75 70 65 60
кВт Рот, Ml la 0,8 0,7 0,4 0,5 0,6 /"сет, °C 150 140 130 120 НО
5.20 GeB, т/ч 2,5 4,0 6,5 10 20 г, шт. а 4 3 2 7
р, МПа 1,0 1,2 2,4 4,0 1,4 п, % /с л, °C 2 80 2,5 75 3,0 70 3,5 65 4,0 60
5.21 G< в, т/ч 2 3 4 Г) 6 /св, °C 10 9 8 7 6
Сел, Т/ч 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 /ст, °C 50 55 60 65 70
5.22 Dh, т/ч > 8 13 20 30 /"сет. °C 150 140 гзо 130 115
£>техн, Т/Ч Qot-10-3, кВт 1,9 1,2 3,2 1 ,8 5,1 3,5 8,3 5,3 11,8 7,9 /'сСТ, °C 80 75 70 65 60
5.23 t СВ, °C 10 11 12 9 8 Г"св, °C k 40 1,1 38 1,15 35 1,2 32 1,25 30 1,3
5.24 GK, т/ч 3,9 4,8 6,0 7,1 8,2 GB, т/ч 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
/к, °C 80 75 70 ба 60 /в, °C 28 30 32 35 38
7 . Обдувочного аппарата
8 Редукционных клапанов
9 Экономайзера
10 Воздухоподогревателя
11 Дымососа
12 Дымовой трубы
13 Дутьевого вентилятора
14 Циклона
15 Обмуровки
16 Топки
17 . Конденсатного бака
18 Подогревателя
д. Рассеивание вредных веществ, со-
держащихся в дымовых газах
е Улавливание п сбор летучей золы
ж. Подача воды в котел
з Уменьшение давления в трубопро-
воде
и. Предохранение обмуровки 1азохо
дов о г разрушения
к. Подача воздуха в топку
л. Подогрев питательной воды ухо
дящими газами
м. Удаление из котловой воды шлама
и уменьшение ее солесодержания
н> Горение топлива и испарение воды
в экранных трубах
о Исключение обратного движения
среды в трубопроводах
п Отделение iазоходов котла от ок-
ружающей среды
р. Подогрев воздуха уходящими ды-
мовыми газами
с. Сбор и о [стой конденсата от тех-
нологических потребителей
т. Подогрев сетевой воды и воды для
горячего водоснабжения
5.17. Определить расход пара DB на калориферную установ-
ку для приточной общеобменной вентиляции. Задано: расход
приточного воздуха V, его температура /пр, расчетная темпера-
тура наружного воздуха для проектирования вентиляции /рв,
абсолютное давление греющего пара р. Теплоемкость воздуха
ср = 1,005 кДж/кг-К, потери тепла в окружающую среду 2%.
5 18 Определить расчетный расход перегретой воды GB на
калориферную установку для нагрева воздуха. Задано: назна-
чение и местоположение здания, объем здания V, температура
воздуха внутри помещений £ВН=16°С, температура воды па
входе в установку tBX и температура воды на выходе ^ВЫх
Удельную вентиляционную характеристику здания qB выбрать
из приложения 19, а расчетную температуру воздуха для вен-
тиляции tj, в из приложения 20.
5 19 Определить расход сетевой воды Gce-r, температуру се-
тевой воды на входе в сетевой подогреватель (СП) Кет, расход
пара на отопление £><1Т Задано: отопительная нагрузка Q(,t,
давление пара рот, температура сетевой воды на выходе из СП
С'сет температура обратной сетевой воды Сеет При решении зада-
чи принять температуру конденсата после охладителя конденса-
та (ОК) ^к = Ссет + 5°С, коэффициент, учитывающий потерю теп
ла в подогревателях сетевой воды цп = 0,98 Расчетную схему см
на рис 5.1
5.20. В котельной одновременно работают z котлов, выраба-
тывающих сухой насыщенный пар. Производительность одного
98
Рис. 5.1. Расчетная схема к зада-
че 5 19
Рис. 5 2. Схема использования теп-
лоты продувочной воды (к зада-
че 5 20)
котла D, давление в котле р, доля непрерывной продувки П.
Определить количество пара d и количество продувочной воды
бел, выходящих из расширителя непрерывной продувки (РНП),
количество теплоты, сбрасываемой в канализацию, QnoT, коли-
чество используемой теплоты продувочной воды Q”p". Давление
в расширителе щ = 0,12 М.Па, коэффициент, учитывающий по-
терю тепла в расширителе т]Р = 0,98, температура сливаемой во-
ды tCJl. Пар, выходящий из расширителя, считать сухим насы-
щенным. Схема установки дана на рис. 5.2.
5 21. Определить температуру сырой воды t"C3 после подо-
грева водой, выходящей из расширителя непрерывной продув-
ки (РНП'). Задано: температура сырой воды на входе в подо-
греватель (ПСВ 1) Рсв, расход сырой воды бсв, количество сли-
ваемой воды бел, температура сливаемой воды Сл- Давление
в РНП р = 0,12 МПа.
5.22. Определить производительность химводоподготовки и
расход сырой воды на химводоподготовку бсв, если коэффици-
ент, учитывающий количество воды, идущей на взрыхление ка-
тионита, его регенерацию, отмывку fe=l,2, расход пара на тех-
нологические нужды бтеХ11, доля возврата конденсата ц=0,7, па-
ропроизводительность котельной DK, потери пара и конденсата
внутри котельной £>Пот = 0,03бк, расход подпиточной воды бПОдп
(составляет 2% расхода сетевой воды), расход тепла на отоп-
ление бот температура сетевой воды после подогревателей
Дсет, температура обратной сетевой воды £'Сет> расход продувоч-
ной воды бсл = 0,04Ск
5.23. Сырая вода перед фильтрами химводоподготовки подо-
гревается в пароводяном подогревателе (ПСВ 2) от температу-
7* 99
Рис 5 3 Расчетная схема к зада-
че 5 23
Рис 5 4 Рас (етиая схема к за-
даче 5 24
ры /'св до /"св Греющий теплоноситель— сухой насыщенный
пар давлением р = 0,12 МПа Расход химически очищенной во*
Ды Gxbo принять по условиям задачи 5.22, потери тепла в окру-
жающую среду составляют 2%, коэффициент, учитывающий
расход воды на собственные нужды хим'водоподготовки равен
/о Определить расход пара DCB Расчетная схема дана на
рис 5 3.
5 24. Определить количество пара £>д, необходимого для
деаэрации питательной воды. Расход добавочной химически
очищенной воды Gf„ температура /в, расход конденсата GK, тем-
пература конденсата /к Деаэратор смешивающий, давление
р = 0,12 МПа Потери тепла в окружающую среду учесть ко-
эффициентом г] = 0,98 Теплоемкость воды принять равной
4,187 кДж/кг-К. Расчетная схема дана на рис 5 4.
5.5. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ
5.25. Каково назначение следующих элементов тепловых
сетей-
1 Копдеисатоотводчпков
2 Грязевиков
3 Калориферов
4 Подпиточных насосов
5 Дренажных линий
6 Компенсаторов
7 Изоляции трубопроводов
Я Каналов проходных, по.1\ проход
ных, непроходных
9 Сгалестружечных филыров
10 Сетевых насосов
а Уменьшение тепловых потерь
б Улавливание крупных и средних
взвешенных частиц из воды
в Восполнение потерь сетевой воды
г Отвод конденсата из теплообмен-
ников и трубопроводов без про-
пуска пара
I Защита систем юрячего водоснаб
жепия от коррозии
е Разгрузка стальных трубопровотов
ог температурных напряжений
Исходные данные к мпоговариантным задачам раздела приведены в
тйбл 5 7
100
5 7 ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ЗАДАЧАМ 5.26-5.37
Номер варианта Задавас- Индекс варианта
1 2 3 4 5 мые величины а и в i 1
задачи
Задаваем ые
величины
5.26 Здание или ДСП Деревообра Сушиль- Мехаиичес Заводоуп- Город Ар - ап Брянск Киров Ир
це.\ батывающий ный кий равление ге.п-ск 12 KVTCK ' 8
V 10', м 60 20' 1Э 6 3 г, ч 16 14 HI
•5.27 Область Ка линии ска я Краснояр- ская Минская Читинская Львовская о, кг/чел У сут 120 110 100 90 80 9
т 1П~ , чел 1.0 1,5 2Д 2,5 ЗД Д. °C 6п 6 7 6.5 8
С 1, °C 10 12 15 14 13 /г. °C 62 68 70
5.28 /7, тыс. 120 140 160 200 80 d, см 18 20 22 24 26
м’/год
tP, °C -30 —40’ —20 — 30 —40 80
5.29 р, МПа 0.7 0,6 0,5 03 0,4 t, °C 70 75 7 ) 70
5.30 П, м ’/сутки 500 700 600 450 550 /в, °C 40 80 40 80 40
Тип бассей Открытый Закрытый О кры Закрытый Открытый /„ °C —40 —30 —20 — 10 0
5 31 па ты и р, МПа 0.7 0,6 0,5 0.4 0,3
5.32 П, м!/ч 0,2 0,4 0,8 1.0 0.8 Г,„ % 12 14 16 18 20
U".„ % 70 65 70. 60 65 Порода Ель Дуб Сосна Березг Бук
5.33 р. МПа 0,7 0,6 0,5 0,4 0,1 г 0,75 0.80 0/8.5 0,90 0,97
5 34 П, тыс. м /год 100 150 180 150 100 р, МПа 1.5 1,4 1.5 1 . 1 1.6
5.35 Г„, % 70 60 65 75 50 g кг/м” S00 750 700 6.50 6011
Г,. % 7 6 5 6 • 7
5.36 П, м7ч 3,5 4,0 7,0' 8,0* 10,0 /пр, % ) > 60 65 70 7 >
р, МПа 1,0 0,8 1.0 1,2 1.0
5 37 р, МПа 1.0’ 0,8 * 1,0’ 1,2 1.0 Хеш, % 80 85 SO / > 70
ж Удаление (спуск) конденсата из
мест скопления его в паропрово
дах
з Подогрев воздуха для вентиляции
или отопления
и Прокладка тепловых сетей
к I (пркуляция сетевой воды
5 26. Определить расчетные QOT, QB и годовые расходы теп-
ла на отопление и вентиляцию Q™\ Q'B<n- Задано- назначение,
местонахождение здания, его наружный объем V, число часов
работы вентиляции в сутки г. Принять температуру воздуха в
цехах (ВН=16°С, в бытовых помещениях (ВН=18°С. Удельные
тепловые характеристики зданий выбрать из приложения 19;
климатологические данные приведены в приложении 20
5.27. Определить расчетный Qr и годовой Qi"1 расходы ien-
ла на горячее водоснабжение жилых зданий поселка с числом
жителей т. Норма расхода воды на одного человека в сутки о,
температура горячей воды tT, температура холодной воды зимой
/х, летом /хл и местоположение поселка заданы Число суток
отопительного периода выбрать из приложения 20
5.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ*
5 28. Определить часовой Q4 й суточный Qc расход теплоты
для обогрева бассейна для неокоренных бревен перед лесо-
пильным цехом, если годовой грузооборот бассейна П, средний
диаметр бревен d, расчетная температура воздуха (р
5.29. Определить расход греющего теплоносителя для обо-
грева бассейна по условиям задачи 5.28, если: а) обогрев про-
изводится сухим насыщенным паром давлением р, б) обогрев
производится горячей водой с температурой греющая вода
смешивается с водой в бассейне Температура воды в бассейне
4" С
5 30. Определить часовой расход теплоты Q на гидротерми-
ческую обработку березовых чураков перед лущением, если су-
точная производительность бассейна П, температура -воды в
бассейне tB, начальная температура ч)раков to.
5 31 Определить часовой расход пара G на гидротермичес-
кую обработку по условиям задачи 5.30, если греющий тепло-
носитель сухой насыщенный пар давлением р.
5 32. Определить расход теплоты в летнее Q, и зимнее Q,
время на камерную сушилку для пиломатериалов заданной по-
роды, если производительность сушилки П, начальная абсолют-
ная влажность древесины IFH, конечная IFK.
1 Исходные данные к многовариантным задачам раздела приведены в
табл. 5 7.
102
Примечание. Количество испаряемой влаги (кг/ч) может
быть определено по формуле
СВ1 = /7русД№п-№к)/100.
где GB„— количество испаряемой влаги, кг/ч; П — производи-
тельность сушилки, м3/ч; русл — условная плотность древесины
(табл 3.1)
5 33. Определить расход пара на камерную сушилку по ус-
ловиям задачи 5 32, если греющий теплоноситель влажный пар
давлением р и степенью сухости х
5.34. Определить годовой расход теплоты Q и расход пара
G па производство ДСП в цехе с годовой производительностью
П, греющий теплоноситель — сухой насыщенный пар давлени-
ем р
5.35 Определить годовой расход теплоты Q и условного топ-
лива Ву на сушку стружки по условиям задачи 5 34, если на-
чальная абсолютная влажность стружки IFH, конечная 1ГК
Расход сухой стружки на 1 м! плит составляет g кг/м3.
5 36. Определить часовой расход пара G и теплоты Q на
производство фанеры, если производительность цеха П, пар
сухой насыщенный давлением р, в котельную возвращается
/пр % конденсата с температурой 50° С.
5.37. Определить часовой расход пара G и теплоты Q на
сушку шпона для условий задачи 5.36, если греющий теплоно-
ситель сухой насыщенный пар давлением р, в котельную воз-
вращается Хсуш % конденсата с температурой 40° С
6. ЗАДАНИЯ НА ВЫПОЛНЕНИЕ
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
6.1. РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ
Задача 1 Расчет газового цикла
По заданным исходным параметрам рабочего тела (смеси
идеальных газов) для заданного прямого цикла определить:
1 . Газовую постоянную, молекулярную массу и теплоемкость
рабочего тела.
2 Параметры и функции состояния (р, v, Т, i, и, s) в харак-
терных точках цикла. Энтропию определить относительно состоя-
ния при нормальных физических условиях (/ = 273° К, р =
= 0,101 МПа).
3 . Работу, количество подведенной и отведенной теплоты,
изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии на 1 кг
рабочего тела в каждом процессе.
4 Работу цикла, количество подведенной и отведенной теп-
лоты на 1 кг рабочего тела в цикле, термический КПД цикла.
103
6 1 СОСТАВ РАБОЧЕГО ТЕЛА
Первая цифра номера вари- анта задания Обозначение и единица измерения СО> N> н2о
0 И, м3 0,6 3,0 0),9
1 G, кг 1,13 3,75 0,723
2 М, кмоль 0,023 0,134 0,040
3 V, м3 1,2 7Д 0,3
4 G, кг 2,36 8,25 0,241
5 М, кмоль 0,054 0,25 0,013
6 V, м3 2 15 1
7 G, кг 3,94 18,75 О.8Ю15
8 Л/, кмоль 0,09’ 0,67 0,046
9 V, м3 5 35 3
Примечание
Объем задается при
нормальных физических условиях
6 2 l/СХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЦИКЛА
3 S Параметры в точках и другие условия
S “ б *3 'О _
£ т № ЦИ1 (тг 03 р МПа с м /кг t °C, q кДж/м
01 1 pi = 0.5, р2=1,0, v2 = 0,09, vз=1,4
02 1 Pi =0,1, рг = 0,2, сь = 0|,4; «3=0,8
03 1 Pi =0,3, p2 = 0,6, сь = 0,15, «1=0,5
04 2 /, = 200, pi = 0,6, />=300, «3 = 0,5, p5 = 0,3
05 2 ii = 2&0l, pi = 0,8; i2=400, «3 = 0,7, p5 = 0,2
06 2 /1 = 300, Pl = 1,0, /2=4001, V 1 = 0,35, p5 = 0,2
07 3 /i=25, pi = 0,3, pz = 2,0, /j = 55O
0S 3 /t = 25, pi = 0,15, р2=1,0, /з —500
09 3 5=30, Р1 = 0,2, P2=l,5, /3 = 600
11) 4 /’i=0,3; p> = l,0, V, =0,3, /3 = 200
11 4 Pi=0,2, p2 = l’,0, u1 = 0,5, /1 = 400
12 4 Pi=0,l, p2 = 0,5, t)i = 09, /3=1200
13 Pi = l,2, p2= 1,4, Pi = 0,08, /1=160
14 5 Pi = 0,2, p> = 0,4, pi = 0’,6i, /3= 1000
Г> 5 Pi=0,6, p2 = 0.9, «1 = 0,15, /3 = 350
16 > 01 = 0,12, /1 = 50, p2 = 2,5, /3=ЗСО
17 1’1=0,12, /1 = 100; p2 = 2,0, /3 = 350
18 ? г, = 0,12; /1 = 150; ра=1.5, /, = 850
19 6 р,=0,2; р2=1,0, /г = ЗО0>, </2-3=1050
20 6 Р’=0,1, p2 = 0l,8; /2 = 400, <72-з = 500
21 6 Pi=0„l, р2=0,5; /> = 300, <72-3 = 80О
22 7 Р! = 0,08, Zi = 10i, 02=10,4, /3 = 2'217
23 7 Pi = 0,2, Z^IO.0, у2=0,2, /, = 400
21 7 Pi=0„3, /t = 10, f2=0,l, /3=250*
25 8 pi=0,12, /1 = 5)5, е = vjvz = 15, <72-3 = 920
26 8 pi = 0,12, /i = 20, e = Wt/y2=12, </2-з = 500
27 8 /н=0,12, /i=40, g = fi/i’j='8; р2~з = 30|О
28 9 У1 = 1,1, /i = 80, e = vi/y>= 14, <72-3 = 840
29 9 «1 = 1,1, /i = 50; e = fi/«2 = 16, </2-3 = 90’0
30 9 «1 = 1,1, /i=30, e = «i/«2= 12; <72-’ = 700
31 7 Pi = 0,0l8, /i = 10; «2 = 0’4; /3=225
32 7 pi = 0,12, /i = 30, «2 = 0,3, /3=250
104
П родолжение
S 3 S Параметры в точках и друте условия
£ й о
-о, X № ЦИ1 (та 6 3 р, МПа. а, м’/кг t, °C, q, кДж/Ki
33 7 Р1 = 0,2, /1 = 50, Уг = |0,1, /з=350
31 10 t)i = 1.2, /1 = 8’0, е=О1/гъ = 5.; <72-3 = 8410
.35 10 01 = 1,2, /1 = 120, 8=01/02 = 6; </2-3 = 750
36 10 01 = 1,0, /1 = 150. 8=01/02 = 9, <72-3 = 500
37 И Pi = 3,0, /1 = 400/ р2= 1,4, рз = 0,6
38 И Pi = 3,0, /1=450, р2 = 2,0, р3 = 0,6
39 И Pi = 3,0; /1 = 550, рг = 2,0; р3 = 0,5
40 11 pi = 5,0, 02=0,12. р3 = 0,5 /4 =—35
41 И /Д = 6,0, 02 = 0.14, р3 = 0,5, /4 = 20
42 11 pi=4,0, 02=0,12, p3=0i,4, /4 = 10
43 8 Pi = 0,35, 01 = 0,25; р2=2.,0, /3 = 300
44 8 Pi = 0,25, t'i = 0,4; р2=1,5, /3 = 370
45 8 Pi = 0,4, 01 = 0.3, р2 = 2,5; /3=550
46 11 pi = l,3, /, = 300, /,=17, р3 = 0,1
47 11 pi = l,7, /, = 350, /з=30, р3 = 0,12
4.8 И Pi = l,0, /1 = 300, /,=20, р3 = 0,5
49 12 pi = 0,2, 01 = 0,45, р3=1,2, 02 = 0,14
50 12 Pi = 0,2, 01=0.45, рз= 1,5, 02 = 0,14
)1 12 /31=0,1, О| = 0,6, pt=l,0, 02 = 0,15
52 13 /з, = 3,5, /1=210, /г = 250, р3 = 2,5
•В 13 Pi =2,0, /1=210.; /2 = 250; ps=l,8
54 13 Pi = l,5; /1 = 250, /2 = 350, р3=1,0
1) 11 Pi =0,1, /1=—50, р2=О,5; л=1,2, р = у3/у, = 2
56 14 Pi =0.1', /1 = 10', р2 = 0,7, /7=1,2,, р = оз/о< = 2
)/ 11 Pi = 0,12, /1=30/ Р2=1,О, <г=1,25, р = о3/о2=1,8
>8 12 pi = 0.12, о,=0.5, /г=110, р3 = 4,0
<9 12 /71=0,1, 01=0,7, /2=150, Рз = 4,О
60 12 pi=0,08 о1 = 0.75, /2=150., р, = 4,5
61 15 Pt--0,18, /2 = 300, о2 = 0,5, р =0,25; п = 1,2
62 15 pi = 0.2, /2=350, О2 = 0|,2, pi = 0',7, п = 1,2
63 15 Pi = 0.15. /2= 100, о2 = 06; р, = 0.23, /г=1,2
61 15 р,=0.-1, /i=50, р_.= ],0; /< = 200
6 ) 16 Pi=0,l, /1=20, Р2=1,2, /1 = 250
66 16 Pi = 0,2, /1 = 50, р2 = 0,8, /( = 300
67 17 Pi=0,l, /1=27, e = oi/o>= 16; p = ot/oo = 4
68 17 pi = 0,l, /i=47, e = oi/o2=14, р = о,./о2 = 3'
69 17 р, =0,2, /1=27, 8 = 01/09= 15', р = оз/о2 = 2
/0 III р! = 0.1, /| = 2)7, р2 = 0,8, <72-1 = 600
71 U) Pi=0,2, /|=50, р2=1,0, <7=з = 600
/2 III Pi =0,3, /1=20. р>=1 5, <7._з = 700
73 16 Pi = l,2, /t = 100, р. = 3,0, /з = 200
71 16 р,=0,2. /, = 100. р.= 1,0, /9 = 2’00
/ ) 16 р, = 0,6, /( = 150, р.= 1,5, /з = 250'
/6 17 Pi = 5,0, /1 = 300, р4= 1,8; у|=0,1
7 / 17 р9 = 2.,5, /. = 300. р4=1.25, У|=0 2
7.8 17 р =1,0., /, = 300. р., = 0.5.. У! =0,4
79 ,ч Pi=2,,4, у, =0,04, р2 = 2,8, /,= 150
.80 ? р,= 1.5, vt = 0.№, Р2=1.9, /з = 30О
.81 5 pi = l 0, У!=0,12; Р2=1.5, /3 = 700
S2 18 /1 = 210, Р1 = 1.0, /2 = 300, Уз = 0,2, р,, = 06
.8 i 18 /i=200., р, = 1,5, /2 = 300. Уз = 02, р, = 0,4
81 18 /1 = 2100., р.=2.,0, /2 = 300, у3 = 0,2, р4 = 0,5
105
II родолжение
2 Параметры в точках и другие условия
£ <2 с;
№ с ЦИК (та! 6 3) р, МПа; v, мДкг, /, °C, q кДж/кг
85 17 У1=0,12; pi = 0,8; £2 = 2,0, £з=1,2
86 17 щ = 0,15; £1 = 0,7; £2 = 2,5, £з = 2„0
87 17 Vi=0,8; £i = l,0, £з = 3,0, £з = 2,5
88 11 /1=27, £з=0,1; c3/vz=3, <71-2 = 220
89 11 / = 50; £з = 0,13, г>з/1ц = 4, </1-2=300
90 11 /з = 50, £з = 0,08, г3/у- = 5; <7i-2=300
91 19 £i = 0,1; /1 = 20; e = t<i/y2 = 6; 1.=р{1р1=2
92 19 £1 = 0,12, /1 = 40; e = Vi/t'2=8; Х = £з/£2=1,5
93 19 £1=0,12, /1 = 20, е=Г1/У2=10, X=£i/£>=1,8
94 20 £i=0,l; /t = 30, e = vi/t<2 = 5, £2-3 = 500
95 20 £i=0,13; /i = 40; e = t)i/w2=7; <y2-3 = ЗОО
96 20 £i=0,ll; /1 = 50; e = t'i/w2=10; ?2-з = 600
97 9< £i = 0,l, /t = 15; e = Vi/y2=16; <72-з = 600
98 9 £i = 0,ll, /i = 15, e=oi/t’2=14, <72-3 = 800
99 9 Pi=0,12, /1 = 25; e=rt/y2=18, <72—3=750'
100 9 £1=0,11, /i = 30, e=t'i/y2=18, <72-3 = 500
5 КПД цикла Карно, имеющего одинаковые с расчетным
циклом максимальное и минимальное значения температуры
Построить цикл в р—v и Т—s координатах. Для построения
кривых каждый процесс должен быть построен по двум про-
межуточным точкам. Результаты расчета свести в таблицу.
Теплоемкость смеси считать постоянной. Исходные данные
принять по табл. 6.1, 6.2, 6.3.
Объем выполняемой задачи может быть расширен за счет
изменения одного из исходных параметров. В этом случае рас-
чет выполняется с помощью ЭВМ. По результатам расчета до-
полнительно строятся зависимости от переменного параметра
максимального давления, максимальной температуры, термиче-
скою КПД и работы цикла.
.Дополнительные изменения исходного параметра для неко-
торых вариантов приведены в табл 6.4.
Задача 2 Расчет цикла паросиловой установки.
Паросиловая установка мощностью N работает по циклу
Ренкина. Начальные параметры пара р< и Л, давление в кон-
денсаторе pi. Внутренний относительный КПД турбины тр)(-.
Для заданной установки определить:
Параметры пара и воды в крайних точках цикла.
Термический и внутренний абсолютный КПД цикла.
Удельный и часовой расход пара и удельный и часовой рас-
ход теплоты
Эффективный абсолютный КПД всей установки, если КПД
котельного агрегата цКа = 0,9, механический КПД турбины цч =
= 0,98, КПД электрогенератора т]э = 0,99, КПД, учитывающий
потерн теплоты паропроводами, т]пп —0,99.
106
Таблица 67;
Продолжение таблицы 6.3
Схема цикла
р. з р, 3 r\zT= const
V /5 V 20
6 4 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСШИРЕННОГО ВАРИАНТ \ ЗАДАЧИ I
к о. «з Изменение исходного п араме!ра
« X с Исходный параметр 1 2 3 5
07 10 19 25 28 31 34 50 55 '56 67 68 70 71 7.3 91 92 94 95 97 99 и. °с h. °C <72-3, кДж/кг 6 е G, °C е р,, МПа п Р е Р <?2-з, кДж/кг р2, МПа Д °C е X <?2-з. кДж/кг Е 8 <72-3, кДж/кг 500 200 800 15 14 ,300 5 2,0 1,0 1,5 16 1,25 500 0,6 ,300 6 1,2 ,300 6 12 500 600 300 900 16 16 400 6 2,5 1,1 2,0 17 1,5 600 0,8 400 7 1,4 400 7 14 600 700 400 1000 17 18 500 Л 1,2- 2,5 18 2,0 700 1,0 500 8 1,6 500 8 16 700 800 500 1100 18 20 600 8 •3,5 1 ,3 3.0 19 2,5 800 1,2 600 9 1 ,8 61II1 9 18 81 К) 900 600 1200 19 22. 700 9 1 1,4 3,5 20 3,0 900 1,4 /00 10 2 700 10 20 900
Расход охлаждающей воды через конденсатор, если цирку-
ляционная вода нагревается на 10° С.
Построить цикл в координатах р 1g и; Т—s; i—s без учета
и с учетом потерь в турбине.
Данные для расчета принять согласно номеру варианта за-
дания (табл. 6.5 и 6.6)
Указания по решению задачи
Расчет цикла паросиловой установки выполнить с использо-
ванием i—s-диаграммы водяного пара и таблиц теплофизиче-
ских свойств воды и водяного пара. Результаты расчета пара-
метров рабочего тела в различных точках цикла свести в таб-
лицу.
108
6 5 МОЩНОСТЬ УСТАНОВКИ И ПАРАМЕТРЫ ПАРА ПЕРЕД ТУРБИНОЙ
Первая цифра номера вариант а
данные 0 • 1 2 3 4 5 6 7 8 9
А, кВт 7“>() 1500 2500 5000 750 12000 2500 )0оо 750 25 000
Hi, МПа 3,6 3,6 3,6 1,0 4,0 9,0 3,0 3,0 .3,0 9,0
6, °C 435 400 450 1 400 535 450 500 350 5О0
6 6 ВНУТРЕННИЙ ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ КПД УСТАНОВКИ И ДАВЛЕНИЕ
В КОНДЕНСАТОРЕ
I (сходные Вторая цифра номера варианта
данные 0 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9
р>, МПа 0,005 0,005 0,005 0,003 0,003 0,003 0,004 0,004 0,006 0,006
По» 0,82 0,82 0,8.5 0,80 0,82 0,85 0,80 0,82 0,85 0,81
Изображение цикла паросиловой установки в р—lg-п; Т—s
и i—5-координатах совместить с изображением пограничных
кривых. Координаты точек, по которым будут построены по-
граничные кривые, привести в пояснительной записке
Для изображения процесса перегрева пара найти одну про-
межуточную точку, а для изображения процесса расширения
пара в турбине минимум три промежуточные точки Расчет и
координаты промежуточных точек привести в пояснительной
записке
6.2. РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕЛ
Задача 1. Тело заданной формы нагревается (охлаждается)
в среде с постоянной температурой /ж Начальная температура
тела одинакова по объем)' и равна t0 Определить:
а) время тР, по истечению которого температура на поверх-
ности станет равной tCT, если коэффициент теплоотдачи между
средой и поверхностью тела не зависит от времени и равен а;
б) количество теплоты Q, которое затрачивается (выделя-
ется) при нагревании (охлаждении) тела в расчете на 1 м!;
в) температуру в расчетный момент времейи тр на оси (в
середпне) и в точках на расстоянии от оси (середины) '/6 и ‘/з
диаметра (толщины); по результатам расчета построить график
изменения температуры по радиусу (толщине).
Построить график изменения температуры на оси (в сере-
дине) и на поверхности в процессе нагревания (охлаждения),
для чего рассчитать температуру в моменты времени 0,1 тР,
0,2 тР, 0,3 тр, 0,6 тр.
109
Исходные данные'принять согласно номеру варианта зада-
ния (табл. 6.7 и 6.8).
6.7. ФОРМА, МАТЕРИАЛ И РАЗМЕРЫ ТЕЛА
Первая цифра номера варианта
данные 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Форма тела Цилиндр бесконечной длины Бесконечная пластина
R, мм 80 100 10 50 60 — — — — —
6, мм — — — — —. 10 г> 20 25 30
Мате- риал Брон- за Чугун серый Желе- зо Ла- тунь Медь Асбе- сто- вый кар- тон Кар- тон Сосна попе- рек воло- кон Дуб попе- рек воло- кон Тек- сто- лит
6 8. НАЧАЛЬНЫЕ И ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ
Вторая цифра номера варианта
Исходные данные 0 1 2 3 * 5 6 7 8 9
Лк, °C. цилиндр 13 15 1.5 25 25 25 30 30 30 40
пластина 120 120 120 100 100 100 но но 110 115
/о, °C. цилиндр 500 600 800 500 600 800 500 600 800 700
пластина 15 15 15 20 20 20 25 25 25 30
/ст, °C: цилиндр 120 120 120 130 130 130 140 U0 140 125
пластина 70 80 90 70 80 90 70 80 90 / )
а, Вт/м2-К цилиндр ’ 600 600 600 500 500 500 400 400 400 525
пластина 20 20 20 15 15 15 10 10 10 10
Задача 2 Пластина толщиной д нагревается при зажиме
между двумя греющими плитами, внутри которых конденсиру-
ется насыщенный водяной пар с давлением р. Начальная тем-
пература пластины to- Определить:
а) время Тр, по истечении которого температура в середине
пластины достигнет значения /с;
б) количество теплоты, необходимое для нагревания, в рас-
чете на 1 м2 площади пластины.
Построить график изменения температуры в середине пла-
стины, для чего рассчитать температуру в моменты времени
0,1 Тр, 0,2 тр, 0,3 тР, 0,6 тР.
110
Исходные данные и теплофизические свойства материала
принять согласно номеру задания (табл. 6.9 и 6.10).
Ь9 РАЗМЕРЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕЛА
1 [сходные данные Первая цифра номера варианта
0 I 2 3 4 5 6 . 7 8 9
6, мм 18 10 25 2S 10 15 20 30 35 14
а 1О7, . м2/с 2,4 2,5 1,5 1,4 1,0 1,5 1 ,0 1,2 9 9 —, — 1,1
р, кг/м3 900 900 1300 1300 82-5 .546 1300 546 900 1300
Г, кДж/ КГ К 0, !<)'> 0,195 11,36 0,36 0,57 0,65 0,36 0,65 0,19 0,36
1, 10. ГРАНИЧНЫЕ И II ШАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ II ПРОЦЕССА УСЛОВИЯ ОКОНЧАНИЯ
I [сходные данные Вторая цифра номера варианта
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
р, МПа 0,4 0, 1 0,4 0,5 <1,5 о,3 0,6 0,5 0,6 0,3
/о, °C 10 15 20 10 15 30 20 25 12 22
Д, °C 70 70 70 80 80 80 90 75 90 85
При условии использования ЭВМ дополнительно:
а) определить тР, если давление пара равняется р = 0,2; 0,4;
0,6; 0,8, 1 МПа;
б) найти и изобразить графически распределение темпера-
туры по толщине пластины в конце процесса нагревания при
различных р; для этого рассчитать температуру при х = 0, х=
= (>/8)6, -г=(1/4)б; x=(W;
в) найти и изобразить графически изменение температуры
середины пластины в процессе нагревания при различных р.
6.3. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
Выполнить конструктивный расчет теплообменного аппара-
та. Определить поверхность теплообмена, число ходов нагрева-
емого теплоносителя, число трубок на один ход и на весь ап-
парат, длину труб, диаметры входных и выходных патрубков
для обоих теплоносителей. Исходные данные для расчета вы-
брать из табл 6 11—6.17. Наружный диаметр трубок 16 мм,
то.1ш.пна стенки 1 мм.
111
Порядок расчета:
1. Выписать из табл. 6.11—6.17 исходные данные для расче-
та. Если в качестве греющего теплоносителя задана вода, при-
нять температуру ее на входе в теплообменник на 10 К ниже
температуры насыщения при заданном давлении
2. Для определения скорости движения нагреваемой воды
следует предварительно задаться величиной да2 = 1,5 м/с и рас-
считать площадь сечения для прохода нагреваемой воды. Для
кожухотрубпого теплообменника это позволит рассчитать ,число
труб на один ход.
п =/3((к^2вН-4).
6 11 РАЗМЕРЫ ТРУБ ПО ГОСТ 8734—78
Толщина стенки, мм Наружный диаметр, мм
1,о 16, 17; 18, 19, 20; 21, 22, 23, 24; 25; 26, 27; 28; 30; 32; 34, 36, 38
2,0 2,5 3,0 4 0 40; 50, 56, 60' 80; 100 130 150', 170, 180. 200, 220, 240
6 12 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОВОДЯНЫХ
КОЖУХОТРУБНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Число трубок Число ходов т Число рядов трубок по вертикали , шт. Внутренний диаметр ко жуха Овн, мм Число трубок Число ходов т Число рядов трубок по вертикали шт. Внутренний диаметр ко- жуха DbH’ мм
на 1 ход Всего п шт , I Всего на I ход „ шт
"> 6 9 1,3 10 21 36 52 2 1 4 4 2 4 6 6 62 95 152 250 22 25 54 82 88 100 216 328 4 4 4 1 8 8 13 16 365 410 519 62(1
b 13 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОВОДЯНЫХ ОДНОХОДОВЫХ
КОЖУХОТРУБНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Число трубок Внутренний диаметр ко жуха Овн* мм Число трубок Внутренний диаметр ко жуха £>вн, мм Число трубок | Внутренний । диаметр ко- । жуха Dbh> мм Число трубок Внутренний ! диаметр ко жуха Овн, мм
4 7 .53 65 12 19 84 108 37 69 160 211 109 151 263 3J5
112
Выбрав в зависимости от типа теплообменника по табл.
6.12 или 6.13 ближайшее большее значение числа труб, следует
уточнить площадь сечения для прохода нагреваемой воды и
рассчитать действительную скорость ее движения. Затем, ис-
пользуя данные табл. 6.12, 6.13, определить площадь сечения
межтрубного пространства и скорость движения греющего теп-
лоносителя. - Для теплообменника типа «труба в трубе» такие
6 14 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННОГО'
АППАРАТА
I Первая цифра номера варианта
Исходные данные i j i i j j j j
1'0 II |2|з|4|5|б|81э
Тип теплообменника Тр.уба в трубе Кожухотрубный круглого
сечения, горизонтальный
Греющий теплоноси- тель Нагреваемый тепло- носитель Материал труб Вода 1 1 Ла- Ст 30 Ла- Вода Вода . Сухой насыщенный | пар Латунь
Греющий теплоноси- тунь | ,тунь По внутренней В межтрубном пространстве
тель движется Схема движения теп- лоносителей в первом ходе Другие данные трубе Противс Табл. 6 16 )ТОК Табл 615 Перекрестный ток Табл. 6 17
6 15 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ВОДОВОДЯНОГО
КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
1 Тсходиые данные Вторая цифра номера варианта
0 1 2 3 ' 4 5 6 7 8
Расход нагреваемого теплоносителя О,, кг/с 1 ,0 1,5 3,1) 4,5 0,0 17,0 22,0 27,0 32,0 33,0
Начальная температу- ра нагреваемого теп- лоносителя /', °C а 10 15 20 10 15 20 5 20
Конечная температу- ра нагреваемого теп- лоносителя f'2, °C 61) 65 70 7~) 60 65 70 75 60 7с‘
Расход греющего теп доносителя Gi, кг/с 1 ,3 2,5 4,5 7. ) 1о,0 30,0 10,0 ’)().() ,55 0 65,0
Давление греющег о теплоносителя pt, МПа Число ходов 0,4 0,1 0,4 0,6 0,6 Эднох 0,6 одово 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1,0
ИЗ
8—1713
расчеты следует провести дважды и так подобрать трубы из
табл 6.11, чтобы скорости воды во внутренней трубе и в меж-
трубном пространстве находились в пределах 1,2—2,0 м/с.
3. Определить тепловой поток по уравнению теплового ба-
ланса и расход греющего теплоносителя, если он не задан. Теп-
ловыми потерями в окружающую среду пренебречь. Определить
температуру греющего теплоносителя на выходе из теплооб-
менного аппарата. Для пароводяных теплообменников переох-
лаждение конденсата не учитывать.
6.16. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ВОДОВОДЯНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»
Исходные данные
Вторая цифра номера варианта
01 ‘2 3 4 5 6 7 8 9
Расход нагреваемого
теплоносителя Оа,кг/с
Начальная температу-
ра нагреваемого теп-
лоносителя t'z, °C
Конечная температу
ра нагреваемого теп-
лоносителя 1"2, °C
Расход греющего теп-
лоносителя Gt, кг/с
Давление греющего
теплоносителя pt,
МПа
1,2 1,0 0,7
110 110 120 120 130 130 140 140 150 150
'6 17 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПАРОВОДЯНОГО
. КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
Вторая цифра номера варианта
Исходные данные 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Расход нагреваемого 2,0 2,5 3,5 5,5 8,0 10,0 14,0 20,0 25,0 30,0
теплоносителя G>. кг/с Начальная темпё^ату 50 50 55 55 60 60 65 65 70 70
ра нагреваемого теп лоносителя 1Т, °C Конечная температу- НО 110 115 115 120 120 125 125 130 130
ра нагреваемого теп лоносителя t"z, °C Давление греющего 0,5 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,8 0,9 0,9 1,0
теплоносителя pt, МПа Число ходов Опре деляе гея f асчетс
114
4 Рассчитать средний температурный напор.
5. Для расчета коэффициентов теплообмена в первом при-
ближении задаться температурой стенки
№ = 0,5 (Fl, -Гж,).
6. Рассчитать коэффициенты теплообмена со стороны обоих
теплоносителей и определить коэффициент теплопередачи па
формуле для плоской стенки.
7. Рассчитать плотность теплового потока и значение темпе-
ратуры стенки трубок во втором приближении
^(2) _ у _ J_ .
I С I-* Ж£
Если расхождение между 4? и не превысит 2% /с?>
дальнейшее уточнение можно не выполнять. В противном слу-
чае следует повторить расчеты по пп. 6 и 7, приняв температу-
ру стенки равной 44 •
8. Рассчитать по уравнению теплопередачи площадь поверх-
ности теплообмена и длину труб.
9. Диаметры входных и выходных патрубков рассчитать,
приняв для воды 1,0<w<2,0 м/с, для пара 30<w<50 м/с. По-
добрать из табл. 6.11 подходящие типоразмеры труб.
10. Вычертить в масштабе на миллиметровой бумаге схему
теплообменного аппарата с указанием основных размеров.
6.4. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ОТОПИТЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ.
ВЫБОР ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Определить производительность (мощность) производствен-
но-отопительной котельной предприятия, выбрать количество и
тип котлоагрегатов. Рассчитать часовой расход топлива, вы-
брать топочное устройство, определить его размеры, подобрать
стандартную колосниковую решетку, газовую’ горелку или ма-
зутную форсунку. Принципиальная тепловая схема котельной1
представлена на рис. 6 1.
Задано:
1 По технологическим потребителям пара (табл. 6.18):
а) расход теплоты на технологические нужды QTexH,
б) теплоноситель — сухой насыщенный пар давлением р;
в) возврат конденсата составляет а °/о от расхода пара;.
г) температура конденсата, возвращаемого в котельную,
1к, °C
2. По отоплению и вентиляции (табл. 6.19):
а) местоположение и назначение производственных зданий;
б) объем производственных зданий Епр и объем жилых и
административных зданий Еж;
8"
115
Рис. 6 1. Принципиальная схема котельной
/ — пар, 2 — питательная вода, 3 — химически очищенная вода; 4 — конденсат, 5 — сы-
рая вода, 6 — подпиточная вода, 7 — сетевая вода; 8 — котловая вода, Л’Д — котлоаг-
регат, ПСВ1 и ПСВ2 — подогреватели сырой воды, ОФ — осветлительнын фильтр, КФ—
катионитовый фичьтр; Д — деаэратор; ПН — питательный насос, РК — редукционный
клапан, ПГВ — подогреватель системы горячего водоснабжения. СП — сетевой под огре
ватель, ОК — охладитель конденсата, СН — сетевой насос, ППН — подпиточный насос
тепловой сети, РНП — расширитель непрерывной продувки, КБ — конденсашый бак
6 18 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОПРОПЗВОДИТЕЛЬНОСТП
КОТЕЛЬНОЙ
Первая циф ра номера варианта Тсхноло! ическпе н\жды I орячес водо снабжение Топливо КПД котла ^ка
р. МПа Q гехнХ ХЮ-3 , кВт а, % О бгь, КГ'С О U QpH МДж/м\ МДж/кг
0 1.1 1 50 60 0,5 70 Древесные отходы, 10,2 0,78
1 2,2 2 60 70 1,0 65 Донецкий А, 22,6 0,80
2 1,2 3 80 80 1,5 60 Донецкий Т, 24,2 0,84
3 2,3 4 80 70 2,0 70 Кузнецкий Т, 26,2 0,85
4 2,0 5 90 60 2,0 80 Экибастузский СС, 16,8 (1,82
") 1,3 6 80 70 1,5 80 Челябинский Б, 14,0 0,80
6 1,о 7 70 80 1,0 70 Древесные опилки, 8,0 0,75
7 2,1 8 60 70 0,5 60 Мазут, 40',3 0,90
8 2,4 9 50 60 1,0 65 Природный газ, 36,2 0,92
9 1,4 10 40 70 1,5 70 Шлифовальная пыль, 16,5 0,80
116
6 19 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОПРОИЗВОДПТЕЛЬНОСТИ
КОТЕЛЬНОЙ
Вторая циф- 1 ра номера 1 варианта Отопление н вентиляция
Рот, МПа Город Цех VnpX ХЮ-’,м3 1'ж-10->, м3
0 0,6 Астрахань Деревообрабатываю^ щи и 2,0 2,5
Сушильный 1,0
Механический 1,0
1 0,7 Брянск ДСП 10,0 3,0
Деревообрабатываю- 1,5
щий Механический 1,5
2 0.5 Архангельск двп 20,0 3,5
Сушильный 2,0
Гараж 1,5
3 0, 4 Москва ДСП 30,0 4,5
Деревообрабатываю- 3,0
щий Механический 1,0
4 0,5 Львов Лесопильный 4,5 16,0
Су шильный 2,5
Гараж 1,0
5 0,6 Киров ДВП 40,0 6,0
Деревообрабатываю- щий 4,0
Механически;! 2,0
6 0,7 Владивосток Лесопильный 7.0 20,0
Сушильный 8,0
Гараж 3,0 *-
7 0,3 Калинин ДСП 25,0 8,0
Деревообрабатываю- щий 5,0
Гараж 1,5
8 0,4 Красноярск Лесопильный 5,0 15,0
Сушильный 4,0
Гараж 3,0
9 0,5 Чита ДСП 50,0 2,0
Сушильный 3.0
Механический 1,0
в) греющий теплоноситель в сетевых подогревателях систе-
мы отопления и калориферах вентиляционной системы — насы-
щенный пар давлением рот;
г) температура горячей сетевой воды /"сет=150°С;
д) температура обратной сетевой воды ^сет = 70°С;
е) температура конденсата после охладителя конденсата
/"к = 75° С.
3. По горячему водоснабжению (см. табл. 6.18) •
а) расход горячей воды на производственные нужды бгв;
б) температура горячей воды tr;
в) начальная температура воды /х = 50С;
117
Рис. 61. Принципиальная схема котельной
1 — пар, 2 — питательная вода, 3 —химически очищенная вода, 4 — конденсат, 5 — сы-
рая вода; 6 — подпиточная вода, 7 — сетевая вода; 8 — котловая вода, КА — котлоаг-
регат, ПСВ1 и ПСВ2 — подогреватели сырой воды, ОФ — осветлительный фильтр; КФ—
катионитовый фильтр, Д— деаэратор; ПН — питательный насос, РК — редукционный
клапан, ПГВ— подогреватель системы горячего водоснабжения, СП — сетевой подогре-
ватель, ОК — охладитель конденсата, СИ — сетевой насос, ППН — подпиточный насос
тепловой сети РНП — расширитель непрерывной продувки, КБ — конденса1ный бак
6 18 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОПРОИЗВОДНТЕЛЬНОСТИ
КОТЕЛЬНОЙ
-в- Технологические н> жд1 i Iорячее водо снабжение Топливо га
Ч
« - I га X»' О О О ud
Перва ра нол 1 вариа: р МП Отехп Х10- кВт а. % о 'О о Ь_ QpH МДж/м\ МДж/ki кпд ^ка
0 1.1 1 50 60 0,5 70 Древесные отходы, 10,2 0,78
1 2.2 2 60 70 1,о 65 Донецкий А, 22,6 0,80
2 1.2 3 80 80 1,5 60 Донецкий Т, 24,2 0,84
3 2,3 4 80 70 2,0 70 Кузнецкий Т, 26,2 0,85
4 2,0 5 90 60 2,0 80 Экибастузский СС, 16,8 0,82
5 1,3 6 80 70 1,5 80 Челябинский Б, 14,0 0,80
6 1,0 / 70 80 1,0 70 Древесные опилки, 8,0 0,75
7 2,1 8 60 70 0,5 60 Мазут, 40,3 0,90
8 2,4 9 50 60 1,0 65 Природный газ, 36,2 0,92
9 1,4 10 40 70 1,5 70 Шлифовальная пыль, 0,80
16,5
116
6 19. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОПРОИЗВОДПТЕЛЬНОСТИ
КОТЕЛЬНОЙ
Вторая циф- ра номера I варианта Отопление и вентиляция
/?от, МПа Город Цех V npX х 1 о Иж-10-з, м3
0 0,6 Астрахань Деревообрабатываю- щий 2,0 2,5
Сушильный 1,0
Механический 1,0
1 0,7 Брянск ДСП 10,0 3,0
Деревообрабатываю- 1,5
Щ1Ш Механический 1,5
2 0,5 Архангельск двп 20,0 3.5
Сушильный 2,0
Гараж 1,5
3 0,4 Москва ДСП 30,0 4,5
Деревообрабатываю- 3,0
ЩИЙ Механический 1,0
4 0,5 Львов Лесопильный 4,5 16,0
Сушильный 2,5
Гараж 1,0
-5 0.G Киров ДВП 40,0 6,0
Деревообрабатываю- щий 4,0
Механический 2,0
6 0,7 Владивосток Лесопильный 7.0 20,0
Сушильный 8,0
Гараж 3,0
7 0,3 Калинин ДСП 25,0 8,0
Деревообрабатываю- щий 5,0
Гараж 1,5
8 0,4 Красноярск Лесопильный 5,0 15,0
Сушильный 4,0
Гараж 3,0
9 0,5 Чита ДСП 50,0 2,0
Сушильный 3,0
Механический 1,0
в) греющий теплоноситель в сетевых подогревателях систе-
мы отопления и калориферах вентиляционной системы — насы-
щенный пар давлением рот,
г) температура горячей сетевой воды f'CeT= 150° С;
д) температура обратной сетевой воды ^Сет = 70°С,
е) температура конденсата после охладителя конденсата
/"к = 75° С.
3 По горячем)' водоснабжению (см. табл. 6.18):
а) расход горячей воды на производственные нужды GrB;
б) температура горячей воды 1Г;
в) начальная температура воды i/x = 5°C;
117
г) греющий теплоноситель — насыщенный пар- давлением
рот-
4 По котельной (см. табл. 6.18).
а) принципиальная тепловая схема котельной (см. рис 6.1);
б) расход пара на собственные нужды и утечки принять рав-
ным- 6% от расхода пара внешним потребителем;
в) вид и низшая теплота сгорания топлива QPH;
г) КПД котла брутто т]ка;
д) температура питательной воды /Пв=100°С.
Указания по выполнению задания'
1 Данные для расчета выбрать из табл 6 18 и 6 19 сог-
ласно номеру задания.
2. Потери теплоты в окружающую среду от теплообменни-
ков составляют 2% передаваемой теплоты.
3. Значения удельных отопительных и вентиляционных
характеристик qB производственных и бытовых зданий выбрать
из приложения 19; расчетные температуры воздуха для отопле-
ния /Ро, вентиляции /рв и среднюю отопительного периода tcpo,
продолжительность отопительного периода пОт выбрать из при-
ложения 20. Температуру воздуха внутри бытовых помещений
/вн принять 18° С, в цехах 16° С.
4 Тип топочного устройства принять согласно рекоменда-
циям приложения 18 в зависимости от вида сжигаемого топли-
ва и производительности котла. Размеры топки определить по
тепловым напряжениям зеркала горения qR и топочного объем
qv (приложение 18).
5. Стандартную колосниковую решетку выбрать по площади
зеркала горения (приложение 21).
6. Газомазутную горелку выбрать по рассчитанному расходу
топлива (приложение 22).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
СРЕДНЯЯ МОЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВ
ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ
О С - I1 Ср кДж/(кмоль К)
н2 n2 о2 Воз1>х со2. н2о СО
о 28,62 29,12 29,27 29,07 35,86 33,50 29,12
100 28,93 29,14 29,54 29,15 38,11 33,74 29,18
200 29,07 29,23 29,93 29,30 40,06 34,12 29,30
зоо 29,12 29,38 30,40 29,52 41,76 31,58 29,52
-100 29,19 29,60 30,88 29,79 43,25 35,09 29,79
500 29,2.5 29,86 31,33 30,10 44,57 35,63 30,10
600 29,32 30,15 31,76 30,41 45,75 36,20 30,42
700 29,41 30,45 32,15 30,72 46,81 36,79 30,75
800 29,52 30,75 32,50 31,03 47,76 37,39 31,07
000 29,65 31,04 32,83 31,32 48,62 38,01 31,38
1000 29,79 31,31 33,13; 31,60 49,40 38,62 31,67
1100 29,94 31,58 31,39 31,86 50,10 .39,23 31,94
1.200 30,11 31.83 33,63 32,11 50,74 39,83 32,19
1300 30,29 32,07 33,86 32,34 51,32 40,41 32,43
1100 30,47 32,29 34,08 32,57 51,86 40,98 32,65
1 500 30,65 32,50 31,28 32,77 52,35 41,53 32,86
1600 30,83 32,70 34,47 32,93 52,80 42,06 33,05
1700 31,01 32,88 34,66 33,15 53,22 42,58 33,23
1800 31,10 33,05 34,83 33,32 53,6Р 43,07 33,40
1900 31,37 33,22 35,01 33,48 53,96 43,94 33,56
2000 31, )5 33,37 35,17 33,64 54,29 44,00 33,71
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПАРАМЕТРЫ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА
НА ЛИНИИ НАСЫЩЕНИЯ (ПО ДАВЛЕНИЮ)
1> МПа tn, °С и', м’/К1 v", м3/кг кДж/кг i", кДж/кг S3 кДж/(кг К) s’, кДж/(кг К
0 0010 6,936 0,0010001 130,040 29,18 2513,4 0,1053 8,9749
0,0015 13,001 0,0010007' 88,380 54,61 2524,7 0,19.52 8,8268
0,0020 17,486 0,001010114 67,240 7.3,40 2533,1 0,2603 8,7227
0,0022 19,029 0,0010015 61,229 79,80 2535,9 0,3024 8,6892
0,0024 20,431 0,0010018 56,392 85,67 2538,5 0,3024 8,6578
0,0025 21,071 0,00400'21 54,420 88,36 2539,5 0,3119 8,6424
0,0026 21,735 0,0040021 52,282 91,12 2540,9 0,3210 8,6290
0,002ч 22,953 0,0010024 48,745 96,21 2543,1 0,3382 8,6024
0,0030 24,078 0,0040028 45,770 100,93 2545,3 0,3547 8,5784
0,0032 25,178 0,004 0029* 42,967 105,51 2547,2 0,3695 8,5545
0,00» 26,200 0,00100321 10,575 109,78 2549,0 0,3838 8,5327
0,0035 26,674 0,0040035 39,560 111,81 2549,9 0,3912 8,5222
0,0036 27,172 0,00100 » 33,443 113,84 2550,8 0,3973 8,5123
0,0038 28,097 0,0010037 36,530 117,71 2552,5 0,4102 8,4930
0,0040 28,950 -0,0040042 34,930 121,33 2553,7 0,4225 8,4737
0,0012 29,828 0,0010043 33.237 124,94 2555,6 0,4.311 8,4573
0,0044 30,640 0,0010045 31,810 128,34 2557,1 0,4453 8,1407
119
П родолжение
р, МПа гс М ;К1 ' М /hl С, ьДж/кг 1 ’ К^Ж/КГ кДж/(К' К'кДж/Zkj h) i
U ,0015 31,034 0,0010046. 31,1 12 129,98 2557,8 0,4507 8,4327
О,00 >0 32,890 0,0040064, 28,210 137,79 2560,9 0,4761 8,3913
О.0055 34,600 О',00100581 25,770 141,91 2561,2 0, 1995 8,3613
0.0060 36,180 0,0010064 23,740 151,50 2567,1 0.5209 .',3305
0,00 so 41,530 0,00'100'84 18,110 173,87 2576,7 О 5926 8,2289
0,010 45,82 0,0040102 14.700 191,84 2583,9 0,6196 л, 149 I
0.011 47,71 . 0,0010411, 13,420 199,68 2587,8 0,6738 8,1171
0,01'2 49,4.5 0,0'010419 12,360 206,94 2590,9 0,6961 .8,0-67
0,013 51,06 0,00’10126 11,470 213,70 2593,7 0,7172 8,058.8
0,011 52,53 0;0'010133 10 700 220,03 2596,3 0,7367 8,0330
о,ог> 54,00 0,00 1 04 4 0 10,030 225 98 2598,9 0,7519 8,00-9
0,020 60,08 0,004 0171 7,652 251 , ’S 2609,2 0,8324 7,9075
0,025 64,99 0,001019» 6,201 272 05 2617,6 0 893! 7,8300
0,030 69,12 0,00101223, 5,232 2'9,30 2624,6 0,9441 7,7673
0,010 75,87 0,0010264 3,999 317,62 2636,3 1.0261 7,6710
0,050 81,33 0,0040'299' 3,243 310,5.3 2645,2 1,0912 7,5923
0,10 99,62 0,0010432 1,696 417, 17 2674,9 I,3036 7,3.579
0,20 120,23 0,0,010606 0,886" 501,74 2706,8 1,5306 7,1279
0,30 133,54 0,0010733 0,6050 561,70 2725,5 1,6716 6,9922
0,40 143,62 0,0010839 0,1624 601,70 2738,5 1,7761 6,8966
0,45 147,92 0,0'0'10'855 0,4139 623,20 2743,8 I,8204 6,8570
0,50 151,84 0,0040927 0,3749 610,10 2748,8 1,8605 6,8221
0.55 155,47 0,0040969 0,3426 655,80 2752,7 1,8970 6,7930
0,60 158,81 0,00111009 0,31.56 670,60 2756,9 1,9311 6,7609
0,65 161,99 0,0011046 0,2926 684,20 2759,9 1,9623 6,7326
0,70 161,96 0,0041081 0,2721 697,20 2763,7 1,9923 6,7090
0,80 170, И 0,0041149 0,2403 720,90 2769,0 2,0461 6,6630
0,90 175,36 0,0041213 0,2149 712,70 2773,7 2,0945 6,6223
1,00 179,88 0,0011271 0,194'J 762,4 2777,8 2,1383 6,5867
1,20 187,96 0,0041386 0,1632 798,4 2783,4 2,2160 6,5210
1,25 189,81 0,0041412' 0,1.569 806,7 2784,8 2,2338 6,5066
1,30 191,60 0,0011438 0,1511 814,7 2786,0 2,2509 6,4927
1,3.5 193,35 0-,004 1 464 0,1457 .822,5 2787,3 2,2675 6,4794
1.Ю 195,04 0,004 14'89.' 0,1407 830,1 2788,4 2,2836 6,466.5
1, 15 196,68 0,0011514 0.1360 837,5 2789,4 2,2992 6,4539
1,50 193,28 0,0011&31Я 0,1317 844,5 2790,4 2,3148 6,4458
2,0 212,37 0,0011768 0,09961 908,6 2799,2 2,4471 6,3411
3,0 237,83 0,0012164 0,06663 1008,1 2803,1 2,6455 6,1859
4,0 250,33 0,0042520 0,01977 1087,5 2800,6 2,796'5 6,0689
,5,0 263,91 0,0012858 0,03913 11,54,2 2793,9 2,9210 5.97.38
6,0 275,66 0,00 1 3185' 0,03243 1213,9 2784.4 3,0276 5,8894
7,0 235,80 0,0013510 0,02735 1267,6 2772,3 3,1221 5,8143
8,0 294,93 0,0013838 0,02352 1317,2 2758,6 3,2079 5,7448
9,0 303,31 0,0044174 0,02019 1363,9 2742,6 3,2866 5,6783
10,0 310,96 0,004 45'22! 0,01803 1407,9 2724,8 3,3601 5,6147
12,0 324,64 0,001527 0,01426 1491,1 2684,6 3,4966 5,4930
14,0 336,63 .0,001611 0,01149 1570,8 2637,9 3,6233 5,3731
16,0 347,32 0,001710 0,009319 1649,6 2581,7 3,7456 5,2478
18,0 356,96 0,001839 0,00750 > 1732,2 2510,6 3,8708 5,1054
20,0 365,72 0,0020'3 0,005860 1826,8 2410,3 4,0147 4,9280
22,0 373,71 0,00269 0,003780 2009,7 2195,6 4,2943 4,5815
Примечание. Штрихом обозначены параметры воды, двумя штриха-
ми — параметры пара,
120
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ПЛОТНОСТЬ р, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 1
И УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ с РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Матерная р, KI /м3 t СС л, Вт/(м К) |кДж/(кг К)
Изоляционные, строительные и другие материалы
Асбестовый картон 1 900 30 0,162—0,174 10“3/ 0,816
Бетон 1 2301) 20 1,28 1,13
Дуб поперек волокон * 1 730 2 0-80 0,24—0,31 2,5-2,
Береза поперек волокон’' 650 2 0-80 0,21—0,27 2,5—2,7
Сосна поперек волокон * 520 2 0—80 0,18—0,23 2,5-2,7
Древесноволокнистые 150 —- 0,06- 2,5
плиты То же 250 0,076 2,5
» 600 0,163 2,5
Картон Кирпич шамотный — 20 0,14—0,35 1,51
1800—1900 — 0,835+0,00058/ 0,88+
Кладка из красного кир- 1600 0 0,67 +0,0023/ 0,84
пича Кладка из силикатного 1700 0 0,75 0,80
кирпича Кладка бутовая из кам- 2000 0 1,28 0,88
ней средней плотности Котельная накипь богатая гипсом 2000—2700 100 0,70—2,32
богатая известью 1000—2500 100 0,15ь—2,32
богатая силикатом 300-1200 100 0,081—0,231
Минеральная вата 180-250 50 0,046—0,058 —
Органическое стекло 1800 20 0,185 1,69
Пенобетон 400-500 50 0,10—0,12
Резцна твердая обыкно- 1200 0—100 0,157—0,160 1,38
венная Сажа ЮО—200 0 0,035—0,0'7
Стекло обыкновенное 2500 1 20 0,7,4 0,67
Совелитовые плиты 400-450 0,079+0,00019/
Соломитовые маты 260—360 0 0'105
Стеклянная вата 154—206 88 0,051—0,059
Текстолит 1300-1 100 20 0,232—0,336 1 ,46—
Фанера 600 0 0,15 — 1,51 2,51
Фарфор 2100 95 1,03 1,09
» 2400 '1055 1,96 1,09
Фибролит 360—440 80 0,73—0,128 .
Шлакобетон в куске 2150 0,93 0,88
Штукатурка цементно- 1800 0 1,16 0,84
песчаная Шлаковая вата 170—200 — 0,056+0,000145/ —
* Физические свойства древесины существенно зависят от влажности,
а коэффициент теплопроводности — от направления теплового потока В таб-
лице приведены данные для абсолютной влажности 1V = 3O%. Подробные дан-
ные о теплофизических свойствах древесины приведены в разделе 3.1 2
121
Продолжение
Материал р, KI /М / сс X, Вт/(м К) с, кДж/(кг
Металлы
Алюминий 2670 0—200 209 0,92
Бронза 7400—8900 20 64 1,13
Железо 7850 100 87 1,34
Латунь 8600 0 85,5 0,376
Медь 8800-8950 0 3,84 0 381
Свинец 11 400 0 35 0,130
Серебро 10 500 0 458 0,234
Сталь углеродистая 30 7 600 зоо 44 •1.4.‘>
Чугун серый 7 220 20 63 0,502
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ЗНАЧЕНИЯ Ц/ В УРАВНЕНИЯХ
(2 1/0, 2 11, 2 12, 2'13)
Bi Уравнения (2 10, 2 11) Уравнения (2 12, 2 13)
Р-i U-2 р i Р-i Р2 и <
0,00 0,00’001 3,1116 6,2532 0,0000 3,8317 7,0’156
0,0*1 0,099’8 3,1148 6,2848 0,1412 3,8343 7,0170'
0,02 0,1410/ 3,1479 6,2861 0,1995 3,8369 7.0184'
0,04 0,1987/ 3,1543 6,2'95 0,281 1 3,8421 7,02 В
0,06 0,24*251 3,1606 6,2927 0,3138 3,8473 7,01241
0,08 0,2791 3,1668 6 2959 0,3960 3,8525 7,0270
0,10 0,3111 3,1731 6,2991 0,4117 3,8577 7,0/298
0,20 0,432’8 3,2039 6,3148 0,6170 3,8835 7,0440
0,40 0,5932 3,2636 6,3461 0,8516 3,9344 7,0723
1,0 0,8603 3,4256 6,4373 1 2558 4,0795 7,1508
2,0 1,0769 3,6136 6,5783 1,5994 4 2910 7,28’84
4,0 1,2646 3,9352 6,8140 1,9081 4,6018 7,5201
6,0 1,3496/ 4,1116 6,9924 2,0190 4.8033 7,7039
8,С| 1,3978 4,2261 7,1263 2,12г6 4,9381 7,8464
10,0/ 1,4289 4,3058 7,2281 2,1795 5,0332 7,9569
20,0 1,4961 4,491.5 7,4954 2,2880 5,2568 8,2534
40,0 1,5325 4,5979 7,6617 2,3455 5,3846 8,44.32
60,0 1,5451 4,6353 7,7259 2,3651 5,4291 8,5110
80,0 1,5514 4,6543 7,7573 2,3750 .5,4516 8,5/466
100,0 1,5552' 4,6658 7,7764 2,3809 5,4652 8,5678
CZ) 1,570» 4,7124 7,8540 2,4048 5,5201 8,6537
122
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
ФУНКЦИИ БЕССЕЛЯ /„ (ц), Л (pi)
р Е (10 л (н) р 5, (р) Л (-0 1 р Е. (р) /, (н)
0,0 1 ,0000 0,0000 2,0 0,2239 0,5767 5,2 —0,1103 — 0 3132
0,2 0,9900 0,0993 2,2 0,1104 0,5560 5,4- -0,0412 —0,3453
0,4 0,9604 0,1960 2,4 0,0025 0.5202 7,0 0,3001 —0 0047
0,6 0,9120 0,2867 3,8 -0,4026 0,0128 7,2 0,2951 0'0,543
0,8 0,8163 0,3688 4,0 —0,3971 —0,0660 7,4 0,27.86 0 1096
1,0 U, /6 )'2 0,4101 ( 4,2 -0,3766 —0,1Ззб I 7,6 0,2516 0,1592
1,2 0,6711 0,4983 1 4, 1 -0,3423 —0,2028 ! 7,8 0,2154 0,2014
1,4 0,3669 0,5419 4,6 —0,2961 -0,2566 1 8,0 0,1717 0,2316
1 ,о и, 4 > j 1 0,5699 1 4,8 —0,2404 —0,2985 8,2 0,1222 0,2580
1,3 0,3100 0,'8Г; 1 5,0 —0,1776 -0,3276 8. 1 0,0692 0,2708
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СУХОГО ВОЗДУХА
И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА(гсо2 = 0,13, гил и, 11, z-N2 = 0,76)
____ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ
t, °C р, кг/м3 <-р, кДж;(к! к) X 10% Вт/(м К) а 10\ м2 с V 10% м2 с Рг
Сухой воздух
—30 1,453 1,013 2,19 1,49 10,8(0 0,723
—20 1,395 1,009 2,28' 1 ,62 11,61 0,716
—10 1,342 1,009 2,36 1,75 12,43' 0,712
0 1,293 1,005 2,44' 1,88 13,2(8' 0,707
10 1,247 1,0015 2,51 2,01 14,16' 0,705
20 1,205 1,006' 2,59 2,14 15,06 0,703
30 1,165 1,000 2,67 2,29 16,00 0,701 0,699 0,698 0,696 0,692 0,688 0,686 0,684 0,682
40 50 60 80 100 120 140 160 180 1,128 1,093 1,060 1,000 0.946 0,898 0,854 0,815 0,779 1,0015 1,0015' 1,000 1,009 1,009 1,009 1,013 1,017' 1,022 2,75 2,82 2,90 3,05 3,20 3,3S 3,48 3,64 3,78 2,43 2,58 2,72 3,10 3,37 3,68 4,04 4,39 4,75 16,96 17,95 18,97 21,09 23,13 25,45 27,80 30,09 32,49
200 0,746 1,026 3,93 5,14 34^85 0,681
2.50 300 0,674 0,615 1,038 1,047 4,27 4,61 6,10 7,15 40,61 48,33 0,680 0,677
350 0,566 1,059 4,89 8,19 55,46 0,671 0,676
Газообразные продукты сгорания топлива
100 0,950 1,068 3,13 3,08 21,54 0,69
200 0,748 1,097 4,01 4,83 32,80 0,67
300 0,617 ' 1,122' 4,84 6,98 45,81 0,65
400 0,525 1,151' 5,68 9,43 60,38 0,64
600 0,405 1,214 7,40 15,10 93,61 0,62
800 0,330 1,264 9,13 22,00 131,8 0,60
1000 0,275 1,306 10,90 30,40 173,4 0,58
123
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВОДЫ НА ЛИНИИ НАСЫЩЕНИЯ
/, °C р, МПа кВж((кг К) , Х-10», Вт (м К) а 1(Г. мп;с ст-10’, Н м Эо 1 ‘,01 й 9 К)\ с (X
0 0.1013 999,9 4,212 55,1 1,32 75,6 - 0,63 1,789 13,67
10 0,1013 999,7 4,191 57,5 1,37 74,1 + 0,70 1,346 9,52
20 0,1013 999,2 4,183 59,9 1,43 72,6 1,82 1,006 7,02
30 0,1013 993,7 4,174 61,8 1,19 71,2 3,21 0, 05 5,42
40 0,1013 992,2 4,174 63,3 1,53 69,6 3,87 0,659 4, И
50 0,1013 9i8,l 4,174 61,8 1,57 67,6 1,49 0,556 3,54
60 0,1013 983,2 4,179 65,9 1,61 66,2 5,И 0,478 2,98
70 0,1013 977,8 4,187 66,8 1,63 64,1 5,70 0,11.5 2,55
80 0,1013 971,8 4,195 67,5 1,66 62,5 6,32 0,365 2,21
90 0,1013 965,3 4.20S 6',0 1,68 60,6 6,95 0,326 1,95
1 00 0,1010 958,4 4,220 68,3 1,69 58,8 7,52 0,295 1,75
120 0,1990 943,1 4,250 68,6 1,71 54,8 8,64 0,252 1,1/
140 0,3610 926,1 4,287 68,5 1,7.3 50,7 9,72 0,217 1,26
160 0,6180 907,4 4,346 68,3 1,73 46,6 10,70 0,191 1,10
180 1,0030 886.9 4,417 67,5 1,72 12,3 11,90 0,173 1,00
200 1,5.550 863,0 4,50 > 66,3 1,71 37,7 13,30 0,158 0,93
220 2,3200 840,3 4,61 1 64,5 1,66 33,2 14,80 0,148 0,89
21 0 3,3180 813,6 4,756 62,8 1,62 2<,5 16,80 0,141 0,87
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВОДЯНОГО ПАРА
НА ЛИНИИ НАСЫЩЕНИЯ
/, °C Р МПа С. к 1 м ‘ Г, i _1 Ж К1 гр. ,\Дж ( <j К) ) 10 , Bi (М К) а 10 , м /с ...
100 0,1013 0,598 2257 2,135 2,37 18,58 20,02 1 .08
110 0,1133 0,826 2230 2,177 2,ч9 13,83 1 5,07 1,09
120 0,1985 1,121 2202 2,207 2,59 10,50 11, 16 1,09
130 0,2701 1, 196 2174 2,257 2,69 7,97 8,85 1.Н
140 0,3611 1 ,966 21 15 2,315 2,79 6,1 1 6,89 1 12
150 0,4760 2,547 2114 2,395 2,88 4,73 5,47 1,16
160 0,6180 3,258 2082 2,479 3,01 3,72 4,39 1,18
180 1,0027 5,157 20 Г> 2,709 3,27 2.34 2,93 1 ,25
200 1,5551 7,862 1941 3,023 3,55 1,490 2,03 1,36
220 2,3201 11,620 1858 3,405 3,90 0,935 1,45 1,47
210 3,3460 16,760 1766 3,881 4,29 0,659 1,06 1,61
124
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ
t, "С р, кг м3 С кДж/(кг К) х, Bi(m К) м-’с а 10\ м2/с (3 10‘. 1 JC РГ
Трансформаторное масло
0 892,5 1,549 0,1123 70,5 8,1 1 6,80 866
10 886, 1 1,620 0,1115 37,9 7,83 6,85 484
20 880,3 1,666 0,1106 22,5 7,56 6,90 298
30 874,2 1', 729 0,1093 14,7 7.28 6,95 202
40 863,2 1,788 0,1050 10,3 7,03 7,00 146
60 856,0 1,905 0,1072 5,78 6,58 7,Ю 87,8
80 843,9 2,026 0,1056 3,66 6,17 7,20 ,59,3
100 831,8 2,144 0,1034 2,56 5,83 7,30 43,9
120 819,6 2,261 0,1022 1,92 5,50 7, 10 34,9
Масло МК
10 911,0 1,645 0,1510 3383 9,91 8,56 39 000
20 903,0 1,712 0,148-5 1514 9,58 8,64 15 800
30 891,,5 1,758 0,1461 691 9,28 8,71 7 450
40 887,5 1 ,<‘01 0,1437 342 8,97 8,79 .3 810
60 871,5 1 ,897 0,13^9 НО 8,39 8,95 1 320
80 ‘36,0 1,989 11,1310 46,6 7,89 9,12 591
100 840,7 2,031 0,1290 24,0 7,3.3 9,28 327
120 82.5,0 2,173 0,1240 13,4 6,'92 9,46 193,5
140 809,2 2,265 0,1188 8,7 6,53 9,65 133,3
Масло МС
10 897,9 2,010 0,135 7,11 6,31
20 <892,3 2,013 0,134 1125 7,30 6,35 15 400
30 8 6,6 2,072 0,132 526 7,19 6,38 7310
40 881,0 2,106 0,131 276 7,08 6,42 3 890
60 869,6 2,16.5 0,129 92,0 6,86 6,51 1 340
80 858,3 2,227 0,127 39,(1 6,67 6,60 580
100 847,0 2,2.10 0,126 20,3 6,И 6,69 315
120 835,7 2,253 0,123 12,1 6,25 6,77 193
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ е
Полированные металлы................................. 0,02—0,06
Цветные металлы неокисленные . . . . . 0,1'—0,3
Алюминиевые краски ... ... О',35
Сталь, чугун неокисленные ... ... 0,5
Металлы сильно окисленные............................ 0,85
Огнеупорные, теплоизоляционные и строительные материалы О',8—0,9
Краски масляные, резина . . ................0,92
Вода, сажа ... ...............................0,95
125
ПРИЛОЖЕНИЕ И
ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕНИЯ ПАРОВ НЕКОТОРЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Рп 10-4, Па
t °C Толуол Этапе 1 1 Ацетон । Бензол
10 0,166 0,310 1,53 0,634
20 0,291 0,580 2,40 1,031
30 0,488 1,040 3,73 1,518
40 0,788 1,600 5,47 2,470
50 1,227 2,960 8,00 ,3,660
60 1,849 4,720 и,з 5,260
80 3,877 110,86 21,0 10,15
100 7,407 22,60 37,01 18,07
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
КОЭФФИЦИЕНТ ДИФФУЗИИ Do ПРИ ра = 1,01 105 Па
И 7'о = 273 К И ЗНАЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ СТЕПЕНИ п
В УРАВНЕНИИ (3.5)
Газ £>о Ю4, м2/с п
Воздух — вода 0,2160 1,80
Воздух — ацетон 0,1090 1,50
Воздух — бензол 0,01783 1,89
Воздух — толуол 0,0709 1,90
Воздух — этанол 0,1050 1,77
ПРИЛОЖЕНИЕ 13
МАКСИМАЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТРЕХАТОМНЫХ ГАЗОВ RO.'“K'
В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА, %
Углерод 21 Мазут 16
Антрацит 20 Природный газ 12
Каменные угли . 18—19 Торф .... 19,6
Бурые угли . . 19—19,4 Древесина . . 20,2
ПРИЛОЖЕНИЕ 14
ЭНТАЛЬПИЯ 1 м' ГАЗОВ И ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА, кДж/м
U, °C (0)асоа (е1Ч | Н)в
100 169 130 132 151 132
200 357 260 267 304 266
300 559 392 407 463 403
400 772 527 552 626 542
600 1222 ' 804 850 967 830
800 1704 1093 1160 1335 ИЗО
1000 2202 1394 1478 1725 1436
1200 2717 1695 1800 2131 1754
1400 3240 20'09 2127 2558 2076
126
ПРИЛОЖЕНИЕ 15
КОЭФФИЦИЕНТЫ т И и ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ %
ПО ПРИБЛИЖЕННОЙ ФОРМУЛЕ ТАТИЩЕВА
Топливо т п
Антрацит 0,2 3,65
Каменные угли, Vr = 304-45% 0,4 3,55
Бурые угли, Wp!=“20%, Лс~30% 0,6 3,60
Бурые угли, Wp = 304-4'01%; Ас«35% 1,0 3,90
Торф, Wp~45% 1,7 3,90
Торф, W₽«55% 1,8 4,20
Дрова, \VP = 4Q% 1,4 3,80
Мазут 0,5 3,45
Природный газ 0,9 3,25
ПРИЛОЖЕНИЕ 16
ПОТЕРИ ТЕПЛОТЫ НА НАРУЖНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
КОТЛОАГРЕГАТА
Паропроизводительность D, кг/с .
Потери теплоты д5, %
0,694 1,111 1,8 2,78 5,56 6,94
3,4 2,9 2,3 1,7 1,3 1,2
ПРИЛОЖЕНИЕ 17
ТОПЛИВО И РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОПКИ
Топливо Производительность котта, т/ч
2 5. 4, 6 5 1 10, 20 25 35 и более
Антрацит (АС и Топка с забрасы Топка с цепной Пылеугольная топка с.
ЛМ) вателем на непод- вижный слой решеткой пря- мого хода шаровыми барабан ными мельницами
Каменные угли То же Топка с цепной решеткой об- ратного хода г забрасывателем То же (мельницы по свойствам угля)
Бурые угли, U/nP<4% кг/МДж То же То же То же с молотковы- ми мельницами
Торф фрезерный Древесные отходы (щепа, опилки, ко- Топка вихревая( Факельно-слое системы Шершне-; вая топка Та ва тнщева Тоцка скоростного горения ЦКТИ — Померанцева Топка с молотковыми мельницами
та), Ц7р = 40-50% шахтная 1 - —
Древесные опилки, Ц7р=40% Топка вихревая системы Шершнева —
Пыль от шлифова- ния ДСП Мазут и газ Циклонная Камерная —
127
ПРИЛОЖЕНИЕ 18
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПОК
(ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ Д<50 т/ч)
Топливо Коэффи- циент из- бытка воз духа в топке, ат Зетовое на пряжение зер ката горения qR кВт/м" Тепловое на- пряжение то ночного объс ма кВт/м3 Потери от мгхани ческой не полноты сгорания 04 тепла % от хнмиче ской не полноты сгорания 0з Доля золы I топлива в | шлаке а *
Топки с механическими забрасывателями и неподвижной решеткой
Каменные и бу- М 930—1160 1 230—350 6.0 0,8 0,85’
рые угли I Антрацит , 1,6 | 9301—1160 230—350 0,8 0,90
Антрацит | Топки с цепной решеткой прямого хода 1,5 | 930—1160 1 .290—460' | 8,0 0,5 0,90
Топки с Каменные и бу-| цепной решеткой обратного хода 1,3 I 1400—1750 1 290—460 и забрасывателем 6,0 I 0,8 0,83
рые угли 1 Древесные от-| Топки скоростного горения ЦКТИ 1,3 1 2330—4650 1 2'32—348 1 3,0 1,0
ходы 1 Древесные | Топки вихревые системы Illepi днева 2,5 2,0
опилки, фрезер ( ный торф I Пыль от шли 1 1,25 — । 170 Топки циклонные 1,2 I — | 1500—1800 2,0 1,0
фования ДСП | Мазут 1 1 1 Камерные топки для мазута и 1,1 1 — | 410—460 газа 1,о
Газ 1 1,1 — 460—580 1,0
ПРИЛОЖЕНИЕ 19
УДЕЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗДАНИЙ, Вт/м3 К
Объем Дания (по наружному обмеру) тыс м3 Цехи механические и деревообрабаты вающие Цехи ДВП и ДСП Лесопиль- 1 ные цехи 1 Окорочные 1 и сушильные . цехи, 'гара- жи Бытовые и администра- тивно вспомо- гательные помещения
Отопительная характеристика дот
До 5 0,70—0,62 — 0,7 0,65 0,55
5—10 0,62—0,52 — 0,7 0,65 0,55—0,35
10-50 0,52—0, 48 0,46 0,7 0,65 0,35—0,2'5
50—100 0,48—0,43 0,41 0,7 0,65 —
100-200 0,43—0,41 0,35 0,7 0,65 —
Вентиляционная характеристика
• До 5 0,70—0,58 — .— 0,7 0,30
5—10 0,58—0,48 — 0,7 0,14
10—50 0,48^0,38 1,51 0.7 0,12
50—100 —- 1,28 0,7 —
100—200 — 1,16 — 0.7 —
128
ПРИЛОЖЕНИЕ 20
КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ НЕКОТОРЫХ ГОРОДОВ СССР
Город Отопительный период ia, 'С
Продол житель кость су ТОК Яот Температура возду
„ Расчетная для проектирования Средняя О4ОПИ- тельного .периода Ар 0 Средняя самою хо лодного месяца ^ср X
отопления ^ро вентиля НИИ /р3
Архангельск 251 -32 — 19 —4,7 —12,.5
Астрахань 172 —22 —1,6 —6,8
Брянск 206 —24 -13 —2,6 -8,5
Владивосток 201 —25 -16 -4,8 —И, 1
Иркутск 211 -38 —2.5 -8,9 —20,9
Калинин 219 -29 — 15 —3,7 -10,4
Киров 231 —31 — 19 —.5,8 -14,2
Красноярск 235 —40 —22 -7,2 — 17,1
Львов 183 — 19 - 7 +0,3 -3,9
Минск 203 —25 — 10 — 1.2 —6,9
Москва го; —25 — 14 -3,2 —9, 1
Чита 240 —За -30 —11 6 —26,6
ПРИЛОЖЕНИЕ 21
РАЗМЕРЫ КОЛОСНИКОВОЙ РЕШЕТКИ
ЗП РПК тч
Типоразмер Площадь решет ки, м2 Типоразмер Активная пло щадь решетки, м2
И-1100/1525 1,68 2,33/5,,6 П,4
1-1100/21'35 2,35 2,33/6,5 13,5
2-1800/1525 2,74 2,7/6,5 ' 15,6
2-1800/2135 3,84 2,7/8 19,7
2-2200/11925 3,36 3,07/5,6 15,0
2-2200/2135 4,70 3,07/6,5 17,7
2-2200/2745 6,05 4,56/6,5' 26,2
2-2200/3050* 6,71 4,55/8 33,1
2-2600/2135 5,55
2-2600/2440 6,31 Продолжение
ТЛЗ ТЧЗ
Типоразмер Дкшвная пло Типоразмер Активная пло
щадь решетки, м \щадь решетки м
1,87/2,4 3,3 2,7/4 1
1,87/3 4,4 2,,7/5,6 1 13,1
1,87/4 6,3 2,7/6,5 i 15|,8
2,7/3 6,3 4,92/4 I 16,6
2,7/41 9,1 4,92/5,6 1 24,4
Обозначения ЗП РПК — топки с пневмомеханическими забрасывателями
и решен ой с поворотными колосниками первое число типоразмера — число
забрасывателей, второе—ширина решетки, мм, третье — длина решетки, мм,
14 — тонки с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода, ТЛЗ и ТЧЗ — топ-
ки с пневмомеханическими забрасывателями и цепной решеткой обратного
хода ленточной или чешуйчатой первое число типоразмера — ширина, вто-
рое — длина решетки, м
9—1713 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 22
ГАЗОМАЗУТНЫЕ ГОРЕЛКИ ГМГ
Горелка .... ГМГ-1/1,5 ГМГ-2 ГМГ-4 ГМГ-5,5/7
Теплопроизводительность,
МВт . ... 1,05-1,57 2,33 4,66 6,4—8,15
ПРИЛОЖЕНИЕ 23
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ
И ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ
Технологический процесс Единица и змерения 1 , Норма расхода Примечание
Обогрев бассейнов для неокоренных бревен пе- ред лесопильными цеха- ми Гидротермическая обра- ботка чураков с началь- ной температурой — 20°С перед лущением в от- крытом бассейне То же в закрытом бас- сейне ГДж/сут ки МДж/м При /7=100 тыс м3/год <?1оо = 66“- — 1,5(7—20) — —0,75 (/р+20^) При /7+100 тыс м /год <7 = <71ЛО^ 520 Расход теплоты на бассейн в сутки d — диаметр бревен, см /р — расчетная темпе- ратура воздуха, °C 1 Расход теплоты на 1 м3 древесины 2 . В числителе нор- ма для бассейнов с температурой воды 80/С (закрытые), в знаменателе 40,° С (от- крытые)
6701
М Дж/м3 490 410 3 Изменения началь- ной температуры чу- раков на 1°С вызы- вает изменение расхо- да тепла па 1 %
Сушка в камерных су шилках зимой То же летом Сушка шпона в ролико- вых сушилках МДж/кг » кг/м3 4,0' 3,2 1100 Расход теплоты на 1 кг испаряемой вла- ги Расход пара на 1 м’ шпона
Сушка стружки в бара- банных сушилках кДж/кг 3500 Расход теплоты на 1 кг испаряемой вла- ги
Производство ДСП Г Дж/м’ 0,36 Расход теплоты на 1 м3 готовых плит
Производство ДВП мок рым способом г/т 4,0 Расход пара на 1 т готовых плит
Производство фанеры т/м3 0,25 Расход пара па 1 м3 фанеры
130
ПРИЛОЖЕНИЕ 25
Зависимость безразмерного перепада температуры от чисел Фурье и Био для середины пластины (б —толщина пластины)
ПРИЛОЖЕНИЕ 26
Зависимость безразмерного перепада температуры от чисел Фурье и Био для поверхности пластины (б — толщина пла-
стины)
ПРИЛОЖЕНИЕ 27
Зависимость безразмерного перепада температуры от чисел Фурье и Био для оси цилиндра (R — радиус цилиндра)
ПРИЛОЖЕНИЕ 28
г Зависимость безразмерного перепада температуры от чисел Фурье и Био для поверхности цилиндра (R — радиус цд-
S линдра)
ПРИЛОЖЕНИЕ 29
Зависимость теплопроводности древесины (р5сл=360 кг/м3) от абсолютной
влажности и температуры в тангенциальном направлении
ПРИЛОЖЕНИЕ 30
Диаграмма равновесной влажности древесины (<р — относительная влажность
воздуха)
ПРИЛОЖЕНИЕ 31
Диаграмма равновесной влажности плитных материалов из
измельченной древесины (ср — относительная влажность воз-
духа)
ПРИЛОЖЕНИЕ 32
Зависимость коэффициента влагопро-
водности поперек волокон от темпе-
ратуры для различных пород древе-
сины-
/ — сосна ель, оснна, 2 — береза, 3 — бук,
4 — лиственница, 5 — дуб
ПРИЛОЖЕНИЕ 33
Поправочный коэффициент ф для определения среднего температурного нэг-
пора при перекрестном токе-
^/‘перекрест" -^противоток • ~ — разность температуры теплоносителя на входе и вы-
ходе, индекс б означает большее значение т, м — меньшее
ПРИЛОЖЕНИЕ 34
О 10 33 50 70 50 Г % ! 3 5 7 9 10^ м/с
Диаграмма для определения коэффициента массообмена (Ут при сушке дре-
весины
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 . Лыков А. В. Тепломассообмен (справочник) — М: Энергия, 1978 —
480 с.
2 Обливин А. Н., Воскресенский А. К., Семенов Ю. П. Тепло- и массо-
перенос в производстве древесностружечных плит — М . Лесная промышлен-
ность, 1978 — 192 с
3 Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и во-
дяного пара — М: Энергия, 1980 — 424 с
4 Справочник энергетика деревообрабатывающих предприятий. — М •
Лесная промышленность, 1982. — 410 с
5 Теплотехника / Под ред Г А Матвеева — М.- Высшая школа, 1984.—
480 с х
6 . Теплотехника/Под ред А П-Баскакова. — М.: Энергоиздат, 1982. —
264 с
7 Шубин Г. С. Физические основы и расчет процессов сушки древеси-
ны. — М. Лесная промышленность, 1973. — 248 с.
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ
1. ТЕРМОДИНАМИКА
1.1. р=1',77 кг/м3, г = 0,565 м3/кг, /? = 189 Дж/(кг-К). 1.2i GB = 34,7 кг.
13. гн2о = 0,762; гео =0,19; ген, =0|,048. 11.4. gH2o =’0|,0i49, gB=‘0|,981,
гн,о =0,0096, гв = 0,9704, /?См = 290' Дж/(кг К) 1 5( go.=0,414, gco2=
= 0,586, го2 = 0,,492, гео ==0,6,08; цсм = Э7,96 кг, /?см = 219 Дж/(кг-К)
1 & ро, = 0,01139 МПа. pn.=0„Oi561i МПа. П7 Q= 3.36H10I4 кДж, р2 =
= 2,17 МПа 1 8 q = 13|76 кДж. 1.9 <2 = — 8Ю0 кДж, АТ = 2,97 К, Л/=242- кДж
1.1(0; Л = 11,6<98• Юг* кДж; XU = 0, Д/=0, Q = £ = li,698-10* кДж 111 р2=
= 0,93 МП-, 6 = 20'4° С; £ = — AU = 2l3ffil кДж 4 1Й t2 = 10(1° С; v2=0\074 мДкг,
Д[/ = Э,5© кДж, Д/=5 кДж 1.1,3 <2 = 680 кДж, AS=4,84i кДж/K 1 14' Д5 =
=— 2,6 кДж/К 1.15 AS = 7,45 кДж/K, 1 16 As = O,5(7 кДж/(кг-К). 1 17. <]< =
= 0,4, Q2 = 30 кДж II 18 pi = li4 МПа, / = 226 кДж/кг, Т)( = 0„6. hip. т]< = 0,572.
Qi = 6|,2(9 10'* кДж, <22 = 2,69-10* кДж. 1 ЭД ri = 2lli3i8 кДж/кг, /2 = 723' кДж/кг,
«1 = 6,5 кДж/(кг-К), .s2 = 2,2l5 кДж/(кг-К), Vi = 6,l'2i м’/кг; v2=l,,5'3 м3/кг,
«1 = 2016 кДж/кг, «2 = 692 кДж/кг, /, = /2 = 60,1° С 1211 v = 4,4'112 м2/кг, / =
= 2972 кДж/кг, s = 7,79 кДж/(кг-К) 122 <2 = 5680 кДж, p2/pi=1.8 4°l3i q =
= 2'350 кДж/кг, / = 204,4° С. 1 24. / = 636 кДж/кг, /2 = 79,3°С, 12 = 2|388 кДж/кг
126 Q=I14 НО'1 кДж 126 G/г = 1'3|,6 кг 1.27. р = 417 кДж/кг, Л = 989 кДж/кг
12:8 f=4,l 10-3 м2 12,9 ю> = 745 м/с 1 30 /2 = 0,195 м2 1,3iU. w2=(IO36 м/с;
</t = 81 мм, </Кр = 24,4 мм; </2 = ЗД7 мм, /=1110 мм. 4 32. /2=167°С; t'2 =
= 0,26 м'/кг 1'33 Д« = 0,73 кДж/(кг К), Л/ = 91°С 4 34, х = 0,98, /1 = 2164°С.
1)1=0,04 м’/кг, /1=2700 кДж/кг, Si = 5,92i кДж/(кг-К). 13:5. Ат=43|,45' кВт,
As=17',06 кВт 136 Ап=45,4 кВт. 1'37 (1 = 3,87, p2='Q,3ll МПа, v2 =
=0,,Й2|8 м’/кг, /2=10ГС; Qxon = 5,30 кВт; GB = 0,OI97 кг/с 4 38 £ =
= 48,96 мДж/ч, А=43,6 кВт 139 А=15,5Й кВт. ,1.401 е = 3,Э, р2=НЗ кДж/кг
141 ек = 3,97 142. T]i = 0,54i2 143 <71 = 35 кДж/кг,/= 18,97 кДж/кг. 1.44. Т]< =
=01379, 1]к<=0,727 1145 Г1 = 29Э К, Т2 = 865 К, Т3=1298 К, 74=1947 К, 7 5 =
= 775 К. T]i = 0,64il. 440 <?i = 960 кДж/кг, / = 616 кДж/кг 147 T]i,n = 0',369,
Ф,пе = 0,476; т|(,см = 0,46 448 т]- =0,482, р2 = р2 = 0;,92 МПа, р4 = pi = 0.092; МПа,
/2 = 284₽С, /3 = 2134°С 1 49 / = 200,5 кДж/кг, pi = 4i2ll> кДж/кг, р2 =
= 2,18,5 кДж/кг. 1 50. / = 363 кДж/кг, т|1=0,113. 1511 т|, = 01.11,, перегретый пар
152. т|(=0,44 1.53 т|( = 0„398, т](" п = 0,419 1541 </=1)0900 кДж/кВт-ч, q =
= 10478 кДж/кВт-ч '155 гр = О,ЗЙ, </ = 4,3 кг/(кВт-ч) 156 на 6% 157 /< =
= 0,97, <2 = 437,5 МВт 4.58 Д<р = 65% 1.59. </=1О г/кг, <р = 8%. 160. рп =
= 0,0017 МПа, </=11,05 г/кг II 61. </ = 3 г/кг; / = —4° С; 4 62,. <2 = 9361 кДж.
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА
2.11. р< = 79,1 Вт/м 212 /ст2=1015°С 2 43 рст = 145 Вт/м2, /с = 11,3°С
2 14 7 = 0,2 Вт/(м-К) 2 15 рк = 33,3 Вт/м2, pC6 = 20i,7 Вт/м2, ртб = 34,8 Вт/м2.
2.16 /='21 А 2 17 6==8 мм 23'8 Q; = 166l Вт/м, 7Р = 0,079 м2, </р = 0',0'4-6 м,
о=2 21.19 6„-=0,44 м 220 /ст=64|,7°С 231. тр = 870 с. 2.32. тр = 1060 с.
2.35 <2р = 1260 кДж/м2 2 36 /Ст=108°С 2,40: /ст = 91°С 2 44 /ст = 75°С
2 42 /Ц = 48,5СС 2 57 /ст = 452,5° С, 2 58 « = 228 Вт/(м2 К) 2.59. а = 7164 Вт/
/(м2 К) 260 а = 9870 Вт/(м2-К). 2 61 а = 52 Вт/(м2-К) 263. а=13,6 Вт/
/(м2-К), pCT = 40l8 Вт/м2. 264 а = 2830 Вт/(м2-К), Q = 42,5 кВт 2.65- а =
=9,7 Вт/(м2-К), <2 = 6Д Вт. 266. а = 7,9 Вт/(м2-К); Q = 4,9 Вт. 2.67.'а=
= 159 Вт/(м2 К) 268 а=158,5 Вт/(м2-К). 2 69 <2 = 35,2 Вт. 2 71 <2 = 8,3 кВт.
2.72 Q = (\6 кВт 273. <2=14,5 кВт. 2 74. <2=0,7 кВт 275 <2=30 Вт.
2 76 Q = 38 Вт 2 77. /„ = 61,,К С. 278 В 2,2 раза. 279 <2 = 12480’ кВт,
6 = 6,19 кг/с 280. /= = 0,763 м2 2 81. /=’=11,46 м2 282'. /ст=184.,9°С
2 83. G = 9,49 кг 2 84 /„ = 49,2° С (верт труба), /„ = 54,1° С (гориз труба).
2 85. 5 = 3,62 м2. 286. f = 3,45 м2. 289 7 = 8,93 мкм, £ = 524,5 Вт/м2,
141
<2=1014,9 Вт, Е и Q уменьшатся в 2,4
= 8,93 мкм; £ = 524,6 Вт/м2; <2=13,2 кВт
2 94 <2=15,4 Вт 2 95 <7 = 994 Вт/м2, а)
шится в 19,1 раз 2 96 <2 = 8,2( кВт 2 97
раза 2 90 <2 = 35,6 Вт 2 91 Л =
2 92 <2 = 7,33 кВт. 2 93 Q = 165 Вт.
уменьшится в 7,9 раза; б) умень
<2=1,76 кВт. 2'98 6( = 33,0°С
3. ТЕПЛО- И МАССООБМЕН
3.4. D=0,1551-1О-4 м2/с 35. |3 = О,О5|2 м/с 36 /Ст>19°С. Д.7 Л1=1580 кг.
38 т=184 ч 39. / = 0,003 кг/(м2-С) 3 10. /=1,87-10г4 кг/(м2С).ЗИ М =
= 0,176 кг/ч. 3.10. <2=1220 кДж 3.13 *» = 18,6-1010 м2, kw пг = 9,3 Ю,й м2.
3 14. Z7V=O,4 3 15. *=2,43-10-” м2. 3 16 W=2'9,8%. 3 17 *СР = 4,16-10“’ с.
3 18 а = 2,07-10-4 м2/с 3 19 Х=0,85 Ю"1 Вт/(м2-К), я=1,46-10-’ м2/с;
с = 1,О47 кДж/(кг-К) 320 av = 3.35-105 Вт/(м3-К). 3 21 т = 0|,154 с
322 / = 0,894_Ю-2 м. 3 23 т = 2,19 10'4 с, </Г/</т = 2|,98-10_“4 1/с 3 24 Г =
= 19,2%, <Ж/</т= 1,64-1О-4 1/с 3.25 т=1,,64 1О“3 с; d\V/di: = 1,78-Ю4 1/с.,
3 26 т = 52 с
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
4.7 _А/а= 182,5 К, А<л,пмт= 120|,7 К, Д/л,пРт= 165,6 К, А/л,пкт= 154Д К.
4.8. А(а=19,45 К2_А;л = 19,92 К^4 9 А(а = 73,14 К]_А(Л = 7О,2 К. 4.10 А(л =
= 82,01 К 411 А% = 630,0 К, А/лпРт = 629,9 К; А(л п»,т= 627,0 К 4 12 <2 =
= 138,6 кВт, ("2=145,3°С 4 13 <2 = 265,6 кВт, ("2=196°С 4 1(4 <2 = 35,34 кВт;
("2 = 31,9°С 4.15. <2 = 418,6 кВт, 01 = 3,2® кг/с 4 16. <2 = 421,6 кВт; (", = 84,4°С;
£д/ =2,82 м2, £Д(, =2,83 м2 4.17. (/.> = 0,00663 кг/с 4 18 £ = 89,7 м2.
4 19 £ = 2'88,2 м2 420 £=1,63 м2. 4 21 £ = 254 м2, G> = 277,4 кг/с 4 22 G,=
= 0,359 кг/с, £ = 3,16 м2 4.23 £=14,05 м2 4 24 £®2'54,8 м2. 4 25 £=3,34 м2.
4 26 £ = 220,5 м2. 4 27 £ = 3,53 м2 4 28 (", = 29,4° С; ("2 = 7,6°С, Q =
= 1512,3 кВт 4 29 t'\ = 190° С, ("2 = 178,9° С, <2 = 247,4 кВт 4.30 (", = 67,3° С;
("2 = 20°С, <2 = 20,2 кВт. 4 31. ("i = 57,5° С, (", = 4’7,58 С, <2=1808 кВт 4 32 <2 =
= 67,9 кВт, Gi = 0,0322 кг/с; (", = 64,45 С
5. КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
5 1. 0 = 49,3%, № = 3,6%, 5рл = 3,О%; № = 1,0%, Ор = 8,3%, Ар=2’1,8%;
W₽ = 13% 5.2. <2ри = 19,45 мДж/кг 5 3. 8У = Э32 т 5 4. Q< „ = 37,31 МДж/м3.
5 5 Гв = 3,33 м’/с, 1Дх = 3,73 м3/с, /ух = 26(20 кДж/кг 56 Кт = 0,661 м3/с;
Вв = 0,593 м3/с; /т '2|0„75 МДж/м3 57. а=1,55- 58 а=1,35. 5 10 Топка с
забрасывателем и неподвижной решеткой; аух=1,75, <72=10,08%; <7е = О,5Т%;
Пь-а=75,31% 5.11-. 8 = 0,82 кг/с, 8у = 0|,28’5 кг/с, 5 12. т]„а = 0,754, т)»ка=0,736.
5 13 8 = 0,143 м3/с, 8, =0,182 м3/с. 5 14 £=1,84-2,0 м2; |/т = 5 9-8,9 м3.
(сет=90,6"С;517. 0П1„т = 0,066 кг/с. 5.18. GB = 4,733 кг/с. 5.19 GceT=7,165 кг/с;
О„т = 0,888 кг/с 5.20 </ = 0’,0Ю95 кг/с; Осл = 0,0599' кг/с, <2пот = 20,1 кВт,
<2“рП =31,8 кВт 521 (/св = 21°С 522 Охво = 0,337 кг/с, Gcв = 0,405 кг/с.
52(3. DCB = 0,01211-0 кг/с 524. £>д = 0,0934 кг/с 5.2(6 Q0T=1181 кВт, QB =
= 2688 кВт, <2™д = 11,04-10е МДж/год, =23,0- 10» МДж/год 527 <2г =
= 703,6 кВт; Р;:"д= 8,68-106 * * * МДж/год 5 28 <2с = 88 ГДж/сутки, <2,=
= 3,68 ГДж/ч 5 29 Gn = l,78 т/ч, GB = 13,7 т/ч. 5.30 <2 = 16,75 ГДж/ч.
5.31, G = 9,69 т/ч. 5.32 <2л = 1|,67 МДж/ч; Q3 = 134 МДж/ч 5.33 Ол =
= 0,075 т/ч, G,=0),06 т/ч. 5 34 <2 = 3,6-104 ГДж/год; 0 = 18 500 т/год.
5 35 (2=1,764-10» ГДж/год; 8У = 6,02-103 т/год 5'36 О = 0|,875 т/ч, Q =
= 2,28 ГДж/ч 5;37 0=3,85 т/ч, <2=10,3 ГДж/ч
142
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . ................................. 3
1. Техническая термодинамика . ........................... 4
1 1. Расчетные зависимости...................................... 4
1 2 Уравнение состояния Смеси газов.............................17
1 3 Теплоемкость Первый закон термодинамики.....................18
L. 4 Второй закон термодинамики Циклы ..........................18
1 5 Водяной пар . .................19
1. 6 Истечение и дросселирование газов и паров..................20
1 7 Компрессоры и холодильные машины . .... 20
1 8 Циклы поршневых ДВС и ГТУ .................21
1 9 Циклы паросиловых установок (ПСУ)...........................25
1 10 Влажный воздух ... .......................26
2. Основы теории теплообмена . ....................26
2 1 Расчетные зависимости . . .... 26
2 2 Стационарная теплопроводность Теплопередача .... 35
2 3 Нестационарная теплопроводность ............................39
2 4 Конвективный теплообмен ... ... 46
2 5 Теплообмен при конденсации и кипении . .... 53
2 6 Лучистый и сложный теплообмен .... ... 53
3. Тепло- и массообмен . .................................58
3 I Расчетные зависимости . .............58
3 2 Конвективный массообмен на полупроницаемых поверхностях 66
3 3 Тепло- и массообмен в капиллярно-пористых телах . 68
4. Тепловой расчет теплообменных аппаратов . .... 74
4 1 Расчетные зависимости . . .... 74
4 2 Определения и основные положения теплового расчета тепло-
обменных аппаратов .... 75
4 3 Температурный напор, тепловой баланс и коэффициент тепло-
передачи . . .............. . . 77
4 4. Конструктивный расчет теплообменного аппарата . . 80
4.5 Поверочный расчет теплообменного аппарата . . .82
5. Котельные установки Теплоснабжение предприятий ... 84
5 1 Расчетные зависимости . .'..... 84
52. Топливо Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания 91
5 3 Тепловой баланс котельного агрегата. Топочные устройства 93
5 4 Тепловая схема котельной установки . ... 96
5 5 Теплоснабжение . . 100
5 6 Определение расходов теплоты и теплоносителей для техноло-
гических потребителей . . .............10'2
6. Задания на выполнение расчетно-графических работ .... 103
6 1 Расчет термодинамических циклов............................103
6 2 Расчет процессов нагревания и охлаждения тел . . 109
6 3 Расчет теплообменного аппарата . . 111
6 4 Расчет теплопроизводшельности производственно отопительной
котельной Выбор топочного устройства . .... 115
Приложение 1 Средняя мольная теплоемкость газов при постоян-
ном давлении .... .1/19
Приложение 2 Параметры воды и водяного пара на линии насы-
щения (по давлению) ................................. 1(19
Приложение 3 Плотность р, коэффициент теплопроводности X и
удельная теплоемкость с различных материалов.......................121
143
Приложение 4. Значения р, в уравнениях (2П!0|, 2 1'1, 2 12, 2,13)
Приложение 5. Функции Бесселя 7 о (fi), /1 (|.i)
Приложение 6 Физические параметры сухого воздуха и продуктов
сгорания топлива (гСо2=0,1>3, гн2О=0,11, tn.^0,76) при атмосферном
давлении .... ...................
Приложение 7 Физические параметры воды на линии насыщения
Приложение 8 Физические параметры водяного пара на линии
насыщения ... . ...
Приложение 9 Физические свойства масел . ...
Приложение 10' Ориентировочные значения степени черноты е
Приложение 14 Давление насыщения паров некоторых жидкостей
Рн 10~4, Па............... , .
Приложение 12 Коэффициент диффузии 7) в при р0 = 1,0'1 105 Па
и То = 273 К и значение показателя степени п в уравнении (3 5)
Пр ил ожение 13 Максимальное содержание трехатомпых газсв
RO2MdBt в продуктах сгорания топлива, % ...
Приложение 14 Энтальпия 1 mj газов и влажного воздуха, кДж/м
Приложение 15 Коэффициенты тип для определения <?г, %, по
приближенной формуле Татищева
Приложение 16 Потери теплоты на наружное охлаждение котло-
агрегата ’
Приложение 17
Приложение 18
котельных агрегатов
Приложение 19
Вт/м’-К
Приложение 20
СССР . . .
Приложение 21
Приложение 22
Приложение 23
Топливо и рекомендуемые топки
Основные расчетные характеристики топок (для
производительностью D<50 т/ч)
Удельные тепловые характеристики зданий.
Климатологические данные некоторых городов
Размеры колосниковой решетки . . . .
Газомазутные горелки ГМГ ...
Ориентировочные величины удельных расходов
теплоты и теплоносителей технологическими потребителями
Приложение 24
Приложение 25
Приложение 26........................
П р и л о ж е н и е 27..................
Приложение 28 ............. .
Приложение 29
Приложение 30 . ...
П р и л о ж е н и е 31
П р и л о ж е и и е 32 . ...............
П р и л о ж е н и е 33..................
Приложение 34
Список рекомендуемой литературы . ...
Ответы к задачам
1 . Термодинамика ...............
2 Основы теории теплообмена.............
3 Тепло- и массообмен...................
4 Тепловой расчет теплообменных аппаратов
5 Котельные установки Теплоснабжение предприятий