РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА КОНВЕКЦИЕЙ И ИЗЛУЧЕИЕМ 1 страница

Теплообмен через газовую (воздушную) среду происходит конвекцией и излучением. При повышенных температурах (+50…600°С) излучение играет заметную роль.

Плотность теплового потока

Ф=Фкл=aАDТ (4.1)

где Фк и Фл – плотность теплового потока передаваемого, соответственно, конвекцией и излучением, Вт;

a - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2×К).

Суммарный коэффициент теплоотдачи

a=aк+aл, (4.2)

где aк – коэффициент теплоотдачи конвекцией;

aл – коэффициент теплоотдачи излучением.

где Фл – рассчитывается по зависимостям.

Пример 4.1 Для отопления бригадного пункта технического обслуживания вдоль наружной стены проложена стальная труба диаметром d=0,1 м, длиной l=10 м.

Рассчитать коэффициент теплоотдачи и тепловой поток отдаваемый трубой в помещение, если по трубе циркулирует горячая вода, температура трубы tт=85°С, температура воздуха tв=20°С, температура стен помещения tc=15°C.

Решение. Помещение отапливается за счет теплообмена конвекцией (поверхность трубы и подвижная среда – воздух) и теплового излучения (температура трубы значительно отличается от температуры стен и излучением нельзя пренебречь). Таким образом, тепловой поток от трубы в помещении рассчитываем по формуле (4.1) и (4.2):

Ф=aАDt=(aк+aл)АDt=Фкл;

где Фк и Фл – тепловые потоки конвекцией и излучением (лучевой), Вт;

a, aк, aл – коэффициенты теплоотдачи общий, конвекцией, излучением Вт/(м2×К);

Dt – разность температур, К.

Труба находится в помещении, следовательно, не обдувается ветром и находится в условиях свободной конвекции. Для выбора критериальной зависимости рассчитываем критерии Грасгофа и Прандтля. При горизонтальном расположении трубы за определяющий конвекцию размер принимаем диаметр трубы

;

где g – ускорение силы тяжести, м2/с;

b - коэффициент объемного расширения, для газов b=1/Топр=1/(273+52,5)=3,1×10-3 К-1;

d – диаметр трубы (определяющий размер), м;

g - кинематическая вязкость подвижной среды (воздуха), принимается из таблицы 6 по средней температуре

tср=0,5(tт+tв)=0,5(85+20)=52,5 °С.

С учетом интерполяции g=18,2×10-6 м2/с. По таблице 6 при tср принимаем значение критерия Прандтля Pr=0,7.

Вычисляем произведение Gr×Pr=5,97×10-6×0,7=4,16×106, выбираем критериальную зависимость и рассчитываем критерий Нуссельта.

Nu=0,50(Gr×Pr)0,25=0,50(4,16×106)0,25=22,58.

 

 

Вычисляем коэффициент теплоотдачи конвекцией

Вт/(м2/К);

где l - теплопроводность воздуха принимается из таблицы 6 по tср=52,5°С; l=28,4×10-3 Вт/(м×К).

Для расчета теплообмена излучением учтем, что труба находится внутри помещения и поверхность ее во многом раз меньше поверхности стен Ат<<Ас, поэтому, по формуле (3.4) получаем

.

Из таблицы 4 для железа окисленного получаем e1=0,8.

Теплообмен излучением (формула 3.2)

Фл=eпрСоАт((Тт/1004)-с/100)4=0,8×5,67×3,14(3,584-2,884)=1360 Вт.

где Со – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Со=5,67 Вт/(м2×К4).

Ат=pdl=3,14×0,1×10=3,14 – поверхность трубы, м2.

Коэффициент теплоотдачи излучением (формула 4.2)

Вт/(м2×К).

Общий коэффициент теплоотдачи:

a=aк+aл=6,93+6,66=13,5 Вт/(м2×К).

Отсюда видно, что в этом примере теплообмен конвекцией и излучением, примерно, одинаковы, первоначальное предположение подтвердилось расчетом.

Тепловой поток, отдаваемый в помещение

Ф=aАт=13,6×3,14(85-20)=2,78 Вт.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А1 Физические свойства сухого воздуха при рБ=101,325 кПа=760 мм рт. ст.

 

t, 0С ρ, кг/м3 ср, кДж/(кг·К) l·102, Вт/(м2·К) а·106, м2 µ·106, н·с/м2 γ·106, м2 Pr
-50 -40 -30 -20 -10 1,584 1,515 1,453 1,395 1,342 1,013 1,013 1,013 1,009 1,009 2,04 2,12 2,20 2,28 2,36 12,7 13,8 14,9 16,2 17,4 14,6 15,2 15,7 16,2 16,7 9,23 10,04 10,80 12,79 12,43 0,728 0,728 0,723 0,716 0,712
1,293 1,247 1,205 1,165 1,128 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 2,44 2,51 2,59 2,67 2,76 18,8 20,0 21,4 22,9 24,3 17,2 17,6 18,1 18,6 19,1 13,28 14,16 15,06 16,00 16,96 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699
1,093 1,060 1,029 1,000 0,972 1,005 1,005 1,009 1,009 1,009 2,83 2,90 2,96 3,05 3,13 25,7 27,2 28,6 30,2 31,9 19,6 20,1 20,6 21,1 21,5 17,95 18,97 20,02 21,09 22,10 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690
0,946 0,898 0,854 0,815 0,779 1,009 1,009 1,013 1,017 1,022 3,21 3,34 3,49 3,64 3,78 33,6 36,8 40,3 43,9 47,5 21,9 22,8 23,7 24,5 25,3 23,13 25,45 27,80 30,09 32,49 0,688 0,686 0,684 0,682 0,681
0,746 0,674 0,615 0,566 0,524 1,026 1,038 1,047 1,059 1,068 3,93 4,27 4,60 4,91 5,21 51,4 61,0 71,6 81,9 93,1 26,0 27,4 29,7 31,4 33,0 34,85 40,61 48,33 55,46 63,09 0,680 0,677 0,674 0,676 0,678
0,456 0,404 0,362 0,329 1,093 1,114 1,135 1,156 5,74 6,22 6,71 7,18 115,3 138,3 163,4 188,8 36,2 39,1 41,8 44,3 79,38 96,89 115,4 134,8 0,687 0,699 0,706 0,713
0,301 0,277 0,257 0,239 1,172 1,185 1,197 1,210 7,63 8,07 8,500 9,15 216,2 245,9 276,2 316,5 46,7 49,0 51,2 53,5 155,1 177,1 199,3 233,7 0,717 0,719 0,722 0,724

 

Таблица А2 Термодинамические свойства влажного воздуха (р=100 кПа=760 мм рт. ст.)

t, 0С рп, Па d", г/кг ср, с кДж/(кг·К) ср, кДж/(кг·К) hc, кДж/кг hп, кДж/кг h", кДж/кг ρc, кг/м3
-30 -29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 37,330 41,463 45,996 51,062 56,395 62,795 69,461 76,794 84,793 93,459 102,925 113,324 124,656 136,922 150,387 165,053 180,918 198,117 216,915 237,313 259,445 283,308 309,440 337,571 368,102 401,033 436,763 475,426 517,156 562,086 610,8 656,6 705,4 757,5 812,9 871,8 934,6 1001,2 1072,1 1147,3 1227,1 1311,8 1401,5 1496,7 1597,4 0,2323 0,2580 0,2862 0,3178 0,3510 0,3908 0,4324 0,4780 0,5279 0,5818 0,6408 0,7057 0,7763 0,8528 0,9368 1,028 1,127 1,235 1,352 1,480 1,618 1,767 1,931 2,107 2,298 2,504 2,729 2,971 3,233 3,516 3,823 4,111 4,419 4,748 5,098 5,470 5,868 6,290 6,741 7,219 7,727 8,268 8,841 9,451 10,097 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,0064 1,0065 1,0065 1,0066 1,0067 1,0067 1,0068 1,0069 1,0069 1,0071 1,0072 1,0073 1,0075 1,0076 1,0078 1,0079 1,0081 1,0083 1,0085 1,0088 1,0090 1,0093 1,0096 1,0099 1,0103 1,0107 1,0111 1,0116 1,0120 1,0126 1,0131 1,0127 1,0143 1,0149 1,0155 1,0162 1,0170 1,0178 1,0186 1,0195 1,0205 1,0215 1,0225 1,0237 1,0249 -30,18 -29,17 -28,17 -27,16 -26,16 -25,15 -24,14 -23,14 -22,13 -21,13 -20,12 -19,11 -18,11 -17,10 -16,10 -15,09 -14,08 -13,08 -12,07 -11,07 -10,06 -9,05 -8,05 -7,04 -6,04 -5,03 -4,02 -3,02 -2,01 -1,01 1,01 2,01 3,02 4,02 5,03 6,04 7,04 8,05 9,05 10,06 11,07 12,07 13,08 14,08 0,5680 0,6313 0,7008 0,7788 0,8608 0,9591 1,062 1,175 1,298 1,432 1,579 1,740 1,915 2,106 2,315 2,542 2,789 3,059 3,351 3,671 4,016 4,390 4,800 5,242 5,722 6,239 6,805 7,414 8,074 8,787 9,561 10,289 11,068 11,901 12,788 13,732 14,742 15,814 16,960 18,176 19,470 20,848 22,310 23,867 25,517 -29,61 -28,54 -27,47 -26,38 -25,30 -24,19 -23,08 -21,96 -20,83 -19,69 -18,54 -17,37 -16,19 -15,00 -13,78 -12,55 -11,30 -10,02 -8,72 -7,40 -6,04 -4,66 -3,25 -1,80 -0,31 1,21 2,78 4,40 6,06 7,78 9,56 11,30 13,08 14,92 16,81 18,76 20,78 22,86 25,01 27,23 29,53 31,91 34,38 36,95 39,60 1,434 1,428 1,422 1,416 1,411 1,405 1,399 1,394 1,388 1,383 1,377 1,372 1,366 1,361 1,356 1,351 1,345 1,340 1,335 1,330 1,325 1,320 1,315 1,310 1,305 1,300 1,295 1,290 1,286 1,281 1,276 1,272 1,267 1,262 1,258 1,253 1,249 1,244 1,240 1,236 1,231 1,227 1,223 1,218 1,214

 

 

Продолжение таблицы А 2

1704,1 1817,0 1936,4 2062,6 2196,0 2336,8 2485,5 2642,4 2807,9 2982,4 3166,6 3360,0 3563,9 3778,5 4004,3 4241,7 4491,3 4753,6 5029,0 5318,2 5621,7 5940,1 6274,0 6624,0 6990,7 10,783 11,511 12,282 13,100 13,966 14,883 15,854 16,882 17,970 19,121 20,338 21,626 22,987 24,425 25,946 27,552 29,250 31,043 32,937 34,937 37,050 39,281 41,937 44,124 46,750 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,006 1,0061 1,0061 1,0061 1,0061 1,0061 1,0061 1,0061 1,0062 1,0062 1,0062 1,0062 1,0063 1,0063 1,0063 1,0063 1,0064 1,0064 1,0064 1,0268 1,0275 1,0290 1,0305 1,0322 1,0339 1,0357 1,0379 1,0398 1,0416 1,0435 1,0472 1,0491 1,0510 1,0548 1,0586 1,0604 1,0642 1,0680 1,0718 1,0755 1,0792 1,0849 1,0883 1,0937 15,09 16,10 17,10 18,11 19,11 20,12 21,13 22,13 23,14 24,15 25,15 26,16 27,16 28,17 29,18 30,19 31,19 32,20 33,21 34,21 35,22 36,23 37,24 338,24 39,25 27,271 29,133 31,108 33,204 35,425 37,779 40,273 42,916 45,716 48,680 51,816 55,138 58,651 62,366 66,298 70,453 74,850 79,496 84,408 89,599 95,087 100,886 107,015 113,49 120,33 42,36 45,23 48,21 51,31 54,54 57,90 61,10 65,05 68,86 72,83 76,97 81,30 85,82 90,54 95,48 100,64 106,04 111,69 117,61 123,81 130,31 137,11 144,25 151,73 159,58 1,210 1,206 1,201 1,197 1,193 1,189 1,185 1,181 1,177 1,173 1,169 1,165 1,161 1,158 1,154 1,150 1,146 1,142 1,139 1,135 1,131 1,128 1,124 1,12 1,117

 

Таблица А3 Физические свойства дымовых газов (рБ=760 мм рт. ст.; =0,13; =0,11; =0,76)

t, 0С ρ, кг/м3 ср, кДж/(кг·К) l·102, Вт/(м2·К) а·106, м2 µ·106, н·с/м2 γ·106, м2 Pr
1,295 0,950 0,748 0,617 0,525 0,457 0,405 0,363 0,330 0,301 0,275 0,257 0,240 1,042 1,068 1,097 1,122 1,151 1,185 1,214 1,239 1,264 1,290 1,306 1,323 1,340 2,28 3,13 4,01 4,84 5,70 6,56 7,42 8,27 9,15 10,0 10,90 11,75 12,62 16,9 30,8 48,9 69,9 94,3 121,1 150,9 183,8 219,7 258,0 303,4 345,5 392,4 15,8 20,4 24,5 28,2 31,7 34,8 37,9 40,7 43,4 45,9 48,4 50,7 53,0 12,20 21,54 32,80 45,81 60,38 76,30 93,61 112,1 131,8 152,5 174,3 197,1 221,0 0,72 0,69 0,67 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,60 0,59 0,58 0,57 0,56

 

Таблица А4 Физические свойства водяного пара на линии насыщения

t, °C p, бар p’’, кг/м3 i’, кДж/кг r, кДж/кг ср, кДж/(кг×К) l×102, Вт/(м×К) а×106, м2/сек m×106, н×сек/м2 g×108, м2/сек Pr
1,013 0,598 2675,9 2256,8 2,135 2,372 18,58 11,97 20,02 1,08
1,43 0,826 2691,4 2230,0 2,177 2,489 13,83 12,46 15,07 1,09
1,98 1,121 2706,5 2202,8 2,206 2,593 10,50 12,85 11,46 1,09
2,70 1,496 2720,7 2174,3 2,257 2,686 7,975 13,24 8,85 1,11
3,61 1,966 2734,1 2154,0 2,315 2,791 6,130 13,54 6,89 1,12
4,76 2,547 2746,7 2114,3 2,395 2,884 4,728 13,93 5,47 1,16
6,18 3,258 2758,0 2082,6 2,479 3,012 3,722 14,32 4,39 1,18
7,92 4,122 2768,9 2049,5 2,583 3,128 2,939 14,72 3,57 1,21
10,03 5,157 2778,5 2015,2 2,709 3,268 2,339 15,11 2,93 1,25
12,55 6,397 2786,4 1978,8 2,856 3,419 1,872 15,60 2,44 1,30
15,55 7,862 2793,1 1940,7 3,023 3,547 1,492 15,99 2,03 1,36
19,08 9,588 2798,2 1900,5 3,199 3,722 1,214 16,38 1,71 1,41
23,20 11,62 2801,5 1857,8 3,408 3,896 0,983 16,87 1,45 1,47
27,98 13,99 2803,2 1813,0 3,634 4,094 0,806 17,36 1,24 1,54

 

Таблица А5 Физические свойства воды на линии насыщения

t, °C p, бар P, кг/м3 i, кДж/кг ср, кДж/(кг×К) l, Вт/(м×К) а×106, м2/сек m×106, н×сек/м2 g×108, м2/сек b×106, н×сек/м2 s×108, м2/сек Pr
1,013 999,9 4,212 0,560 13,2 1,789 -0,63 756,4 13,5
1,013 999,7 42,04 4,191 0,580 13,8 1,306 +0,70 741,6 9,45
1,013 998,2 83,91 4,183 0,597 14,3 1,006 1,82 726,9 7,03
1,013 995,7 125,7 4,174 0,612 14,7 801,5 0,805 3,21 712,2 5,45
1,013 992,2 167,5 4,174 0,627 15,1 653,3 0,659 3,87 696,5 4,36
1,013 988,1 209,3 4,174 0,640 15,5 549,4 0,566 4,49 676,9 3,59
1,013 983,1 251,1 4,179 0,650 15,8 469,9 0,478 5,11 662,2 3,03
1,013 977,8 293,0 4,187 0,662 16,1 406,1 0,415 5,70 643,5 2,58
1,013 971,8 335,0 4,195 0,669 16,3 355,1 0,365 6,32 625,9 2,23
1,013 965,3 377,0 4,208 0,676 16,5 314,9 0,326 6,95 607,2 1,97
1,013 958,4 419,1 4,220 0,684 16,8 282,5 0,295 7,52 588,6 1,75
1,43 951,0 461,4 4,233 0,685 17,0 259,0 0,272 8,08 569,0 1,60
1,98 943,1 503,7 4,250 0,686 17,1 237,4 0,252 8,64 548,8 1,47
2,70 934,8 546,1 4,266 0,686 17,3 217,8 0,233 9,16 528,8 1,35
3,61 926,1 589,1 4,287 0,685 17,2 201,1 0,217 9,72 507,2 1,26
4,76 917,0 632,2 4,313 0,684 17,3 186,4 0,203 10,3 486,6 1,17
6,18 907,4 675,4 4,346 0,681 17,8 173,6 0,191 10,7 466,0 1,10
7,92 897,3 719,3 4,380 0,676 17,2 162,8 0,181 11,3 443,4 1,05
10,03 886,9 763,3 4,417 0,672 17,2 153,0 0,173 11,9 422,8 1,03
12,55 876,0 807,8 4,459 0,664 17,2 144,2 0,165 12,6 400,2 0,965
15,55 863,0 852,5 4,505 0,658 17,0 136,4 0,158 13,3 376,7 0,932
19,08 852,8 897,7 4,555 0,649 16,7 130,5 0,153 14,1 354,1 0,915
23,20 840,3 943,7 4,614 0,640 16,5 124,6 0,148 14,8 331,6 0,898
27,98 827,3 990,2 4,681 0,629 16,3 119,7 0,145 15,9 310,0 0,888
33,48 813,6 1037,5 4,76 0,617 16,0 114,8 0,141 16,8 285,5 0,883
39,78 799,0 1085,7 4,87 0,605 15,5 109,0 0,137 18,1 261,9 0,884
46,94 784,0 1135,7 4,98 0,593 15,2 105,9 0,135 19,7 237,4 0,892
55,05 767,9 1185,3 5,12 0,578 14,7 102,0 0,133 21,6 214,8 0,905
64,19 750,7 1236,8 5,30 0,565 14,3 98,1 0,131 23,7 191,3 0,917
74,45 732,3 1290,0 5,50 0,548 13,7 94,2 0,129 26,2 168,7 0,944
85,92 712,5 1344,9 5,76 0,532 13,0 91,2 0,128 29,2 144,2 0,986
98,70 691,1 1402,2 6,11 0,514 12,2 88,3 0,128 32,9 120,7 1,05
112,90 667,1 1462,1 6,57 0,494 11,3 85,3 0,128 38,2 98,10 1,14

Продолжение таблицы А5

128,65 640,2 1526,2 7,25 0,471 10,2 81,4 0,127 43,3 76,71 1,25
146,08 610,1 1594,8 8,20 0,446 8,95 77,5 0,127 53,4 56,70 1,42
165,37 574,4 1671,4 10,10 0,431 7,90 72,6 0,126 66,8 38,16 1,70
186,74 528,0 1761,5 14,65 0,367 4,2 66,7 0,126 20,21 2,66
210,53 450,5 1892,5 40,32 0,338 1,85 56,9 0,126 4,709 6,80

 

Таблица 6 Теплофизические свойства R11 (жидкость) на линии насыщения

t, °C р×10-2 кПа r, кДж/кг p’, кг/м3 p’’, кг/м3 ср, кДж/(кг×К) l, Вт/(м×К) а×107, м2 m×10-7, н×с/м2 g×10-6, м2 s×10-4, м2/сек b×10-4, н×сек/м2 Pr
-40 0,5093 1620,7 0,3619 204,06 0,84 0,107 0,783 9,806 0,605 264,8 13,0 7,72
-30 0,09206 1600,8 0,6285 200,69 0,85 0,104 0,772 8,159 0,510 253,0 13,2 6,60
-20 0,1576 1579,0 1,037 197,29 0,86 0,101 0,761 6,992 0,444 240,3 13,5 5,83
-10 0,2573 1554,7 1,633 193,84 0,86 0,098 0,747 6,119 0,394 224,6 13,9 5,27
0,4030 1534,4 2,477 190,34 0,87 0,095 0,733 5,443 0,354 212,8 14,4 4,83
0,6083 1511,5 3,630 186,79 0,88 0,093 0,716 4,893 0,324 201,0 15,0 4,52
0,8891 1487,5 5,165 183,17 0,88 0,090 0,697 4,442 0,300 186,3 15,7 4,30
1,263 1463,7 7,158 179,45 0,89 0,087 0,678 4,060 0,277 173,6 16,5 4,09
1,748 1439,0 9,709 175,60 0,90 0,084 0,658 3,746 0,260 160,8 17,5 3,95
2,366 1413,8 12,900 171,53 0,91 0,081 0,636 3,471 0,245 149,1 18,6 3,85
3,138 1387,9 16,858 167,35 0,92 0,078 0,614 3,226 0,232 137,3 19,8 3,78
4,088 1361,3 21,697 162,87 0,93 0,075 0,591 3,020 0,222 123,6 21,1 3,76
5,240 1333,9 27,579 158,09 0,95 0,073 0,566 2,844 0,212 111,8 22,5 3,74
8,253 1275,8 43,196 147,46 0,98 0,067 0,539 2,540 0,200 89,2 24,6 3,72
12,393 1211,8 65,660 135,03 1,02 0,061 0,505 2,295 0,189 66,7 28,2 3,74
17,896 1138,3 98,619 120,28 1,07 0,056 0,466 2,089 0,183 45,1 34,3 3,92

 








Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 6205;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.011 сек.