Вариант 12 Стенка парового котла из стали ст = 45 Вт/(м·К) толщиной ст = 11 мм покрылась изнутри слоем накипи н = 2,3 мм при н=1,3 Вт/(м·К), а снаружи - слоем сажи толщиной с = 1,8 мм при с = 0,07 Вт/(м·К). Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде в = 4500 Вт/(м2·К), а от газов к стенке г = 75 Вт/(м2·К). Рассчитать все термические сопротивления, определить долю каждого в процентах от общего термосопротивления. Вычислить температуры на поверхностях стенки и стыков и тепловой поток через 1 м2 стенки. Определить во сколько раз загрязнения меняют тепловой поток через стенку. Температура газов – tг = 500 °С, а воды tв = 250 °С. Решение: Изобразим многослойную конструкцию: Определяем термическое сопротивление каждого элемента: 𝛿 0,0018 - для слоя сажи: 𝑅сажи = 𝜆с = 0,07 = 0,0257 с 𝛿 - для слоя накипи: 𝑅стенки = 𝜆ст = 0,011 Вт ; м2 ∙К = 0,00024 ст 45 𝛿 0,0023 н 1,3 - для слоя накипи: 𝑅накипи = 𝜆н = м2 ∙К = 0,0018 Вт ; м2 ∙К Вт Общее сопротивление теплопередаче составит: ∑ 𝑅 = 0,0257 + 0,00024 + 0,0018 = 0,0277 Доля каждого сопротивления в процентах от общего: 0,0257 - для слоя сажи: %сажи = 0,0277 ∙ 100 = 92,78 % 0,00024 - для слоя накипи: %стенки = 0,0277 ∙ 100 = 0,73 % 0,0018 - для слоя накипи: %накипи = 0,0277 ∙ 100 = 6,49 % Тогда коэффициент теплопередачи составит: м2 ∙ К Вт К= 1 1 1 ∑ 𝛼Г + 𝑅 + 𝛼В = 1 1 1 + 0,0277 + 75 4500 = 24,239 Вт м2 ∙ К Тепловой поток через 1 м2 стенки с учетом загрязнений: 𝑞загр. = К ∙ (𝑡Г − 𝑡В ) = 24,239 ∙ (500 − 250) = 6059,75 Вт м2 Температуры на границе слоев: 𝑡𝑐1 = 𝑡Г − 𝑞 6059,75 = 500 − = 419,2 °С 𝛼Г 75 𝑡𝑐2 = 𝑡𝑐1 − 𝑞 ∙ 𝑅сажи = 419,2 − 6059,75 ∙ 0,0257 = 263,46 °С 𝑡𝑐3 = 𝑡𝑐2 − 𝑞 ∙ 𝑅стенки = 263,46 − 6059,75 ∙ 0,00024 = 262,01 °С 𝑡𝑐4 = 𝑡𝑐3 − 𝑞 ∙ 𝑅накипи = 262,01 − 6059,75 ∙ 0,0018 = 251,1 °С 𝑡В = 𝑡𝑐4 − 𝑞 6059,75 = 251,1 − = 249,9 °С 𝛼В 4500 Расчет верен, так как температуры практически совпадают Рассчитаем тепловой поток без учета загрязнений: 𝑞без.загр. = 1 1 1 + 𝛼Г 𝛼В ∙ (𝑡Г − 𝑡В ) = 1 1 1 + 75 4500 ∙ (500 − 250) = 18442,62 Отсюда рассчитаем снижение теплового потока за счет загрязнений: ∆𝑞 = 𝑞без.загр. − 𝑞загр. 18442,62 − 6059,75 ∙ 100 = ∙ 100 = 67,14 % 𝑞без.загр. 18442,62 Отсюда вывод, что загрязнения ухудшают теплообмен на 67,14% Вт м2
