ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.10.2025

Просмотров: 440

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

стационарными, которые в большинстве присутствуют в химико-технологических процессах.

Общее математическое описание процесса переноса теплоты в движущейся среде описывается уравнением

Фурье – Кирхгофа :

 

 

 

 

 

 

 

q v

 

 

t

+ wx

t

+w y

t

+wz

t

=a

2

t +

(А)

 

τ

x

y

z

 

cρ

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ которого позволяет получить различные модификации его для конкретных условий. Так, однонаправленный перенос теплоты в твердом теле стационарного переноса при граничных условиях 1 рода и отсутствии источника qv выразится уравнением, на основании которого определяется закономерность изменения температуры в теле :

a

2 t

=0 (Б)

x

2

 

 

1. Теплопроводность

Теплопроводностью называется перенос теплоты при непосредственном соприкосновении частиц рабочего тепла (твердого,

жидкого, газообразного), имеющих разную температуру, - без перемещения этих частиц. При этом, независимо от агрегатного состояния, частицы рассматриваются как достаточно крупные образования сплошной среды,

8

Таблица 3

Физические свойства водяного пара на линии насыщения.

t,

бар,р

р", кг/м

i’, кДж/кг

r, кДж/кг

С

*10λ /Втм°С

a*10

м

*10µ

*Нс/м

*10υ

м

Рr

Cp, /(кДжкг*°

 

 

 

 

 

 

,

,

с /

,

2

,

с /

 

С

 

З

 

 

 

2

6

6

 

6

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

1,013

0,598

2675,9

2256,8

2,135

2,372

18,58

11,97

20,02

1,08

110

1,43

0,826

2691,4

2230,0

2,177

2,489

13,83

12,46

15,07

1,09

120

1,98

1,121

2706,5

2202,8

2,206

2,593

10,50

12,85

11,46

1,09

130

2,70

1,496

2720,7

2174,3

2,257

2,686

7,972

13,24

8,85

1,11

140

3,61

1,966

2734,1

2145,0

2,315

2,791

6,130

13,54

6,89

1,12

150

4,76

2,547

2746,7

2114,3

2,395

2,884

4,728

13,93

5,47

1,16

160

6,18

3,258

2758,0

2082,6

2,479

3,012

3,722

14,32

4,39

1,18

170

7,92

4,122

2768,9

2049,5

2,583

3,128

2,939

14,72

3,57

1,21

180

10,03

5,157

2778,5

2015,2

2,709

3,268

2,339

15,11

2,93

1,25

190

12,55

6,397

2786,4

1978,8

2,856

3,419

1,872

15,60

2,44

1,30

200

15,55

7,862

2793,1

1940,7

3,023

3,547

1,492

15,99

2,03.

1,36

210

19,08

9,588

2798,2

1900,5

3,199

3,722

1,214

16,38

1,71

1,41

220

23,20

11,62

2801,5

1857,8

3,408

3,896

0,983

16,87

1,45

1,47

230

27,98

13,99

2803,2

1813,0

3,634

4,094

0,806

17,36

1,24

1,54

240

33,48

16,76

2803,0

1766

3,881

4,290

0,658

17,75

1,06

1,61

250

39,78

19,98

2801

1716

4,157

4,515

0,544

18,24

0,913

1,68

260

46,94

23,72

2796

1661

4,467

4,800

0,453

18,83

0,794

1,75

270

55,05

28,09

2709

1604

4,815

5,115

0,378

19,32

0,688

1,82

280

64,19

33,19

2780

1543

5,234

5,490

0,317

19,91

0,600

1,90

290

74,45

39,15

2766

1476

5,694

5,830

0,261

20,59

0,326

2,01

300

85,92

46,21

2749

1404

6,280

6,270

0,216

21,28

0,461

2,13

310

98,70

54,58

2727

1325

7,118

6,840

0,176

21,97

0,403

2,29

320

112,90

64,72

2700

1238

8,206

7,510

0,141

22,85

0,353

2,50

330

128,65

77,10

2666

1140

9,881

8,260

0,108

23,93

0,310

2,86

340

146,08

92,76

2622

1027

12,35

9,300

0,081

25,20

0,272

3,35

 

 

 

 

 

77

 

 

 

 

 

 

 

 

www.mitht.ru/e-library


80

1,013

971,8

335,0

4,195

0,669

16,3

355,1

0,365

6,32

625,9

2,23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

1,013

965,3

377,0

4,208

0,676

16,5

314,9

0,326

6,95

607,2

1,97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

1,013

958,4

419,1

4,220

0,684

16,8

282,5

0,295

7,52

588,6

1,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

110

1,43

951,0

461,4

4,233

0,685

17,0

259,0

0,272

8,08

569,0

1,60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120

1,98

943,1

503,7

4,250

0,686

17,1

237,4

0,252

8,64

548,4

1,47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

130

2,70

934,8

546,4

4,266

0,686

7,3

217,8

0,233

9,19

528,8

1,35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

140

3,61

926,1

589,1

4,287

0,685

17,2

201,1

0,217

9,72

507,2

1,26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150

4,76

917,0

632,2

4,313

0,684

17,3

186,4

0,203

10,3

486,6

1,17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

160

6,18

907,4

675,4

4,346

0,681

17,8

173,6

0,191

10,7

466,0

1,10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

170

7,92

897,3

719,3

4,380

0,676

17,2

162,8

0,181

11,3

443,4

1,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

10,03

886,9

763,3

4,417

0,672

17,2

153,0

0,173

11,9

422,8

1,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

190

12,55

876,0

807,8

4,459

0,664

17,2

144,2

0,165

12,6

400,2

0,96.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

15,55

863,0

852,5

4,505

0,658

17,0

136,4

0,158

13,3

376,7

0,93

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

210

19,08

852,8

897,7

4,555

0,649

16,7

130,5

0,153

14,1

354,1

0,91

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

220

23,20

840,3

943,7

4,614

0,640

16,5

124,6

0,148

14,8

331,6

0,89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

230

27,98

827,3

990,2

4,681

0,629

16,3

119,7

0,145

15,9

310,0

0,88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

240

33,48

813,6

1037,5

4,76

0,617

16,0

114,8

0,141

16,8

285,5

0,88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

250

39,78

799,0

1085,7

4,87

0,605

15,5

109,0

0,137

18,1

261,9

0,88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

260

46,94

784,0

1135,7

4,98

0,593

15,2

105,9

0,135

19,7

237,4

0,89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

270

55,05

767,9

1185,3

5,12

0,578

14,7

102,0

0,133

21,6

214,8

0,90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

280

64,19

750,7

1236,8

5,30

0,565

14,3

98,1

0.13L

23,7

191,3

0,91

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

290

74,45

732,3

1290,0

5,50

0,548

13,7

94,2

0,129

26,2

168,7

0,94

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300

85,92

712,5

1344,9

5,76

0,532

13,0

91,2

0,128

29,2

144,2

0,96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

310

98,70

691,1

1402,2

6,11

0,514

12,2

88,3

0,128

32,9

120,7

1,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

320

112,90

667,1

1462,1

6,57

0,494

11,3

85,3

0,128

38,2

98,10

1,14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

330

128,65

640,2

1526,2

7,25

0,471

10,2

81,4

0,127

43,3

76,71

l,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

340

146,08

610,

1594,8

8,20

0,446

8,95

77,5

0,127

53,4

56,70

1,42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

350

165,37

574,4

1671,4

10,10

0,431

7,90

72,6

0,126

66,8

38,16

1,70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

360

186,74

528,0

1761,5

14,65

0,367

4,2

66,7

0,126

109

20,21

2,66

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

370

210,53

450,5

1892,5

40,32

0,338

1,85

56,9

0,126

264

4,709

6,80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

76

существенно превосходящие размеры микрочастиц – атомов, молекул и т.п.

Уравнение (Б) и закон Фурье позволяют получить выражения для расчета изменения температуры на поверхности плоской однородной стенки при соответствующем тепловом потоке q и коэффициенте теплопроводности λ в виде :

θ1 θ2

= ∆θ =

q

δ; или q =

∆θ

, Вт/м2; (1.1)

λ

δ/ λ

 

 

 

 

где δλ - термическое сопротивление переносу теплоты;

δλ - проводимость.

Для многослойной плоской стенки, уравнения (1.1) будут иметь вид :

θ

1

θ

n+1

=

 

q

 

или q =

θ1 θn+1

(1.2)

n

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

n

δ

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

1

 

i

 

 

i =1

i

 

где n – число слоев стенки, а δi и λi соответственно толщина и теплопроводность i - го слоя.

Общее количество теплоты, передаваемое через поверхность аппарата F будет

Q = qF, Вт (1.3)

Уравнение (Б) в цилиндрических координатах и закон Фурье позволяют получить аналогично (1.1) и (1.2) выражения для определения изменения температуры и количества теплоты для одно- и многослойной цилиндрических стенок в виде :

9

www.mitht.ru/e-library


θ θ

 

 

=

 

ql

ln

r2

,D

C

q

l

=

π(θ1 θ2 ) , Вт/п.м.

 

 

2π λ

r

1

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

r1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

(1.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

ri +1

D

 

 

 

π(θ1 θn+1

)

 

θ1 θn+1 = ql

 

 

ln

 

, C

ql =

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.5)

2π λ i

r

n

1

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

i =1

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

i +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ

i

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = ql l ,Вт

1

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

ri +1

 

 

 

(1.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

ln

- термическое сопротивление стенки;

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ql - количество теплоты, приходящееся на единицу

длины цилиндра, Вт/пм.

Для сферической стенки на основании закона Фурье аналогичные уравнения будут иметь вид :

 

θ1 θ2 =

 

 

 

Q

(

1

1

),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4πλ

R

R

2

 

 

 

 

4πλ

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Вт;

Q =

 

 

 

 

 

 

 

, Вт (1.6)

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

R

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/1 – 1/. Определить поток

 

тепла q Вт/м2 через плоскую

 

бетонную стенку помещения , а

Рис.1.1

также θ2 и θ3, если внутренняя

поверхность стены имеет

температуру θ1 =20оС, а наружная θ4 = -30оС. Стена покрыта слоем штукатурки: изнутри известковой , снаружи

10

250

0,674

1,038

4,27

61,0

27,4

40,61

0,677

300

0,615

1,047

4,60

71,6

29,7

48,33

0,674

350

0,566

1,059

4,91

81,9

31,4

55,46

0,676

400

0,524

1,068

5,21

93,1

33,0

63,09

0,678

500

0,456

1,093

5,74

115,3

36,2

79,38

0,687

600

0,404

1,114

6,22

138,3

39,1

96,89

0,699

700

0,362

1,135

6,71

163,4

41,8

115,4

0,706

800

0,329

1,156

7,18

188,8

44,3

134,8

0,713

900

0,301

1,172

7,63

216,2

46,7

155,1

0,717

1000

0,277

1,185

8,07

245,9

49,0

177,1

0,719

1100

0,257

1,197

8,50

276,2

51,2

199,3

0,722

1200

0,239

1,210

9,15

316,5

53,5

233,7

0,724

Таблица 2

Физические свойства воды на линии насыщения.

t,

p,бар

ρ, кг/м

i, ДжK /кг

°С

λ, /Втм° С

a*10

м

*1µ 0

*Нс/м

υ*10

м

*10β 1/K

*10σ

H/м

Рr

кДжCp, / кг

С

 

з

 

 

 

,

с

,

2

,

с /

4

4

 

 

 

 

 

 

6

6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

,

 

 

0

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1,013

999,9

0

4,212

0,560

13,2

1 788

1,789

-0,63

756,4

13,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

1,013

999,7

42,04

4,191

0,580

13,8

1 306

1,306

+0,70

741,6

9,45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

1,013

98,2

83,91

4,183

0,597

14,3

1 004

1,006

1,82

726,9

7,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

1,013

995,7

125,7

4,174

0,612

14,7

801,5

0,805

3,21

712,2

5,45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

1,013

992,2

167,5

4,174

0,627

15,1

653,3

0,659

3,87

696,5

4,36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

1,013

988,1

209,3

4,174

0,640

15,5

549,4

0,556

4,49

676,9

3,59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

1,013

983,1

251,1

4,179

0,650

15,8

469,9

0,478

5,11

662,2

3,23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

1,013

977,8

293,0

4,187

0,662

16,1

406,1

0,415

5,70

643,5

2,38

75

www.mitht.ru/e-library



Приложения.

Таблица 1

Физические свойства сухого воздуха при В = 760мм.рт.ст.

с°t

м/кг,ρ

,рC °кг/(кДж )С

*10λ

С°м/(Вт)

 

a*10

м

*10µ

м/с*Н

*10υ

м

 

3

 

2

 

 

6

с/

6

2

6

с/

 

 

 

 

,

 

 

,

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

—50

1,584

1,013

 

2,04

 

12,7

 

14,6

9,23

0,728

—40

1,515

1,013

 

2,12

 

13,8

 

15,2

10,04

0,728

—30

1,453

1,013

 

2,20

 

14,9

 

15,7

10,80

0,723

—20

1,395

1,009

 

2,28

 

16,2

 

16,2

12,79

0,716

—10

1,342

1,009

 

2,36

 

17,'4

 

16,7

12,43

0,712

0

1,293

1,005

 

2,44

 

18,8

 

17,2

13,28

0,707

10

1,247

1,005

-2,51

 

20,0

 

17,6

14,16

0,705

20

1,205

1,005

 

2,59

 

21,4

 

18,1

15,06

0,703

30

1,165

1,005

 

2,67

 

22,9

 

18,6

16,00

0,701

40

1,128

1,005

 

2,76

 

24,3

 

19,1

16,96

0,699

50

1,093

1,005

 

2,83

 

25,7

 

19,6

17,95

0,698

60

1,060

1,005

 

2,90

 

27,2

 

20,1

18,97

0,696

70

1,029

1,009

 

2,96

 

28,6

 

20,6

20,02

0,694

80

1,000

1,009

 

3,05

 

30,2

 

21,1

21,09

0,692

90

0,972

1,009

 

3,13

 

31,9

 

21,5

22,10

0,690

!00

0,946

1,009

 

3,21

 

33,6

 

21,9

23,13

0,688

120

0,898

1,009

 

3,34

 

36,8

 

22,8

25,45

0,686

140

0,854

1,013

 

3,49

 

40,3

 

23,7

27,80

0,684

160

0,815

1,017

 

3,64

 

43,9

 

24,5

30,09

0,682

180

0,779

1,022

 

3,78

 

47,5

 

25,3

32,49

0,681

200

0,746

1,026

 

3,93

 

51,4

 

26,0

34,85

0,680

 

 

 

 

 

74

 

 

 

 

 

 

– известково-песочной. Толщина слоя и теплопроводность материала равны соответственно : δ1 = 1см; λ1 = 0,7 Вт/м гр;

δ2 = 30см; λ2 = 1,55 Вт/м гр; δ3 = 5см; λ3 = 1,2 Вт/м гр. /1 – 2/ Плоская стенка закалочной печи обмурована

шамотным кирпичом с теплопроводностью, зависящей от температуры линейно:

λ = 0,838 ( I + 0,0007t ) Вт/м гр Вычислить плотность теплового потока через

обмуровку, если толщина обмуровки δc = 300 мм, температура ее внутренней поверхности θ1 = 1250оС, а наружной θ 2 = 50оС.

/1 – 3/. Дымовая труба цилиндрической формы имеет два слоя: наружный из красного кирпича с теплопроводностью λ1 = 0,8 Вт/м град и внутренний из огнеупорного материала с теплопроводностью λ2 = 0,5 Вт/м град .

Определить тепловой поток с 1 погонного метра трубы, переданный посредством теплопроводности, и θ2 ,

если d1 = 600 мм, d2 = 800 мм, d3 = 1200 мм, θ1 = 450оС, а θ3

не должна превышать 50оС.

Рис.1.2.

11

www.mitht.ru/e-library


Смотрите также файлы