Примеры решения задач. Задача 1. В процессе эксплуатации трубки парового газотрубного котла покрылись слоем сажи dс = 1 мм и накипи dн = 2 мм

Задача 1. В процессе эксплуатации трубки парового газотрубного котла покрылись слоем сажи dс = 1 мм и накипи dн = 2 мм. Температура греющих газов tг = 1000° C, температура кипящей воды tх = 200° C.

Коэффициенты теплоотдачи со стороны газов aг = 150 Вт/(м²·К), со стороны кипящей воды aх = 7000 Вт/(м²·К). Определить уменьшение плотности теплового потока в результате загрязнений, если трубки котла, сажа и накипь имеют следующие параметры: d1 = 32 мм, d2 = 40 мм, lст = 50 Вт/(м²·К), dс = 1 мм, lс = 0,08 Вт/(м²·К), dн = 2 мм, lн = 0,8 Вт/(м²·К).

Рис. 16.5 Трубка газотрубного котла: слева чистая труба, справа — труба
с загрязнениями

Плотность теплового потока через чистые трубы

.

Температура греющих газов зависит только от количества и качества сжигаемого топлива, температура кипения воды зависит только от давления. Обе эти температуры не зависят от количества и качества загрязнений. Поэтому плотность линейного теплового потока через загрязненную поверхность

.

То есть, для уменьшения плотности теплового потока необходимо рассчитать значения линейных коэффициентов теплопередачи для чистой и загрязненной труб.

.

Здесь

d0 = d1 – 2dс = 0,032 – 2·0,001 = 0,030 м;

d3 = d2 – 2dн = 0,040 + 2·0,002 = 0,044 м,

где d0 — внутренний диаметр трубы со слоем сажи. Это та поверхность, с которой будут контактировать греющие газы.

d3 — наружный диаметр слой накипи, с которым будет контактировать кипящая вода.

Мы видим, что даже такие незначительные толщины загрязнений приводят к уменьшению плотности теплового потока более чем в три раза.

.

Задача 2. Определить площадь поверхности нагрева водо-водяного подогревателя, выполненного из латунных труб теплопроводность которых lл = 120 Вт/(м²·К). Коэффициент теплоотдачи со стороны горячей воды aг = 5000 Вт/(м²·К), со стороны холодной воды aх = 3000 Вт/(м²·К), средние температуры — горячей воды tг = 95° C, холодной воды — tх = 50° C, тепловая мощность нагревателя Q = 300 Вт.

Тепловая мощность нагревателя

Здесь KFх — коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружному диаметру труб;

Fх — площадь наружной поверхности труб, м².

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности (6.8), омываемой холодной водой,

Вт/(м²·К).

Необходимая площадь теплообменной поверхности

м².

Необходимая длина труб, составляющих поверхность теплообмена, Fх = pd2l. Отсюда

м.

Задача 3. Паропровод наружным и внутренним диаметрами покрыт слоем изоляции dиз = 120 мм, теплопроводность которой lиз = 0,1 Вт/(м²·К). Температура пара tг = 30° C, температура наружного воздуха tх = 25° C. Теплопроводность стали l = 40 Вт/(м²·К), коэффициенты теплоотдачи: со стороны пара aг = 100 Вт/(м²·К), со стороны воздуха aх = 8 Вт/(м²·К). Определить линейную плотность теплового потока и температуру на поверхности изоляции.

.

.

где dиз = d2 + dиз = 0,216 +0,120·2 = 0,456 м.

.

Так как первые два термических сопротивления исчезающе малы по сравнению с остальным, в расчетах ими пренебрегаем.

Вт/(м²·К).

Тогда

Вт/м.

Температура поверхности изоляции

° C.