PRZENIKANIE PRZEZ ŚCIANKĘ PŁASKĄ JEDNOWARSTWOWĄ. 3. wnikanie ciepła od ścianki do ośrodka ogrzewanego

Transkrypt

1 PRZENIKANIE W pzemyśle uch ciepła zachodzi ównocześnie dwoma lub tzema sposobami, najczęściej odbywa się pzez pzewodzenie i konwekcję. Mechanizm tanspotu ciepła łączący wymienione sposoby uchu ciepła nazywa się PRZENIKANIEM CIEPŁA. PRZENIKANIE PRZEZ ŚCIANKĘ PŁASKĄ JEDNOWARSTWOWĄ T >T i T w >T w Pzepływ ciepła pzez ściankę jest ustalony d dt Pzepływ ciepła odbywa się w tzech stadiach: * const. wnikanie ciepła od ośodka do ścianki płaskiej, A ( T T ) * w. pzewodzenie ciepła pzez ściankę, A ( T w T ) * w 3. wnikanie ciepła od ścianki do ośodka ogzewanego A ( T ) w * 3 T Ponieważ uch ciepła jest ustalony * * * 3 można ównania dodać stonami. Natężenie pzepływu ciepła na dodze pzenikania można, zatem wyazić następująco: * A (T - T ) W

2 gdzie: K m W deg - współczynnik pzenikania ciepła deg (z ang. degee) stopień o C, K PRZENIKANIE PRZEZ ŚCIANKĘ PŁASKĄ WIELOWARSTWOWĄ Natężenie pzepływu ciepła: gdzie: K n i K A( T T * m W deg ) [W] PRZENIKANIE PRZEZ ŚCIANKĘ CYLINDRYCZNĄ JEDNOWARSTWOWĄ T w T T w L T w T w T T

3 Natężenie pzepływu ciepła: Kd A( T T * )[W] gdzie: A L d L K d współczynnik Kd wynosi: ln W m deg czyli Kd L( T T * )[W] WIELOWARSTWOWĄ Natężenie pzepływu ciepła: Kd L( T T * ) [W] gdzie: K d n i ln i i i W m deg W pzypadku ścianek cylindycznych można stosować szeeg uposzczeń: Gdy ua jest cienkościenna i gdy T jest nieznaczna można stosować wzoy dla ścianki płaskiej. Waunek d/d. K A( T T )[W] A L * Wówczas we wzoze na powiezchnię ) jeżeli >> to x= pomień zewnętzny uy, ) jeżeli to: x 3) jeżeli << to x= pomień wewnętzny uy. za x podstawia się: x

4 ZADANIA ZADANIE W skaplaczu ukami o śednicy 3/38 mm pzepływa woda chłodząca, zaś w pzestzeni międzyuowej kondensuje paa wodna. Współczynniki wnikania ciepła od kondensującej pay do zewnętznej powiezchni u oaz od wewnętznej powiezchni u do wody wynoszą odpowiednio: 0000 W/m K i 400 W/m K. Współczynnik pzewodzenia ciepła stali wynosi 45 W/m K. Obliczyć współczynnik pzenikania ciepła K. Następnie obliczyć współczynnik pzenikania ciepła K, jeżeli uki skaplacza są pokyte wewnątz wastwą kamienia kotłowego o gubości mm ( kamienia kotłowego wynosi 0,8 W/m K). ZADANIE Okeślić współczynnik pzenikania ciepła od oztwou pzepływającego zaizolowaną uą do otaczającego powietza. Rua stalowa o śednicy 5/33mm zaizolowana jest z zewnątz wastwą waty szklanej o gubości 80mm. Następnie wyznaczyć staty ciepła pzez pzenikanie. Dane: współczynnik wnikania ciepła od oztwou do ścianki uy 600 W/m K; współczynnik wnikania ciepła od ścianki uy do powietza 0 W/m K; współczynniki pzewodzenia ciepła stali =45 W/m K, waty szklanej =0,09 W/m K; długość uy L=5m; tempeatua oztwou 90C; tempeatua otoczenia 30C. ZADANIE 3 W apaacie wze ciecz w tempeatuze 5C. Płaska ściana apaatu jest wykonana z blachy stalowej o gubości 3mm i zaizolowana z zewnątz wastwą wełny żużlowej o gubości 60mm. Tempeatua otoczenia wynosi 8C. Obliczyć zewnętzną i wewnętzną tempeatuę izolacji oaz wewnętzną tempeatuę blachy. Współczynniki wnikania ciepła od wzącej cieczy do blachy i od izolacji do otoczenia wynoszą odpowiednio 00 W/m K i 8 W/m K. Współczynniki pzewodzenia ciepła blachy i izolacji są ówne odpowiednio: =50 W/m K i =0,034 W/m K. Powiezchnia wynosi A=m. O ile należy zwiększyć gubość izolacji gdy tempeatua wzącej cieczy wzośnie o 0C a tempeatua otoczenia pozostanie ta sama.

5 ZADANIE 4 Współczynnik wnikania ciepła od nieizolowanego kulistego zbionika o śednicy 0,5m do otoczenia o tempeatuze To=93 K wynosi =0 W/m K. Zbionik pokyto wastwą izolacji o gubości =0,04 m (iz=0,056 W/m K). Pzyjmując tempeatuę powiezchni zbionika T=363 K (w obu pzypadkach) oaz, że współczynnik wnikania ciepła nie ulega zmianie po nałożeniu izolacji, obliczyć ile % zmniejszy się gęstość stumienia cieplnego. ZADANIE 5 Obliczyć gęstość stumienia cieplnego q pzenikającego pzez czystą powiezchnię ogzewalną kotła paowego, oaz tempeatuy na powiezchniach ścianki, jeżeli dane są następujące: tempeatua spalin T=73K, tempeatua wzącej wody T=473 K, współczynnik wnikania ciepła od spalin od ścianki =00 W/m K i od ścianki do wzącej wody =5000 W/m K oaz współczynnik pzewodzenia ciepła mateiału ścianki = 50 W/m K i gubość ścianki =0,0 m. a) W czasie eksploatacji powiezchnia ogzewalna kotła paowego od stony spalin pokyła się wastwą sadzy o gubości =0,00 m (=0,08 W/m K) a od stony wody wastwą kamienia kotłowego o gubości 3=0,00 m (3=0,8 W/m K). Obliczyć gęstość stumienia cieplnego pzez zanieczyszczoną powiezchnię ogzewalną oaz tempeatuy na połączeniach poszczególnych wastw T, T, T3 i T4. Poównać wyniki ozwiązania z popzednią częścią zadania i okeślić zmniejszenie gęstości stumienia cieplnego w %. ZADANIE 6 Ruociągiem o śednicach dw/dz=90/00 mm płynie ciepły olej. Ruociąg ten pokyto wastwą izolacji o gubości 00 mm. Współczynniki pzewodzenia ciepła mateiału uy i izolacji wynoszą odpowiednio = 40 W/m K, iz=,6 W/m K. Śednia tempeatua T= 438 K, tempeatua otoczenia T=85 K. Współczynnik wnikania ciepła od oleju do uy =0 W/m K i wnikania ciepła od izolacji do otoczenia =0 W/m K. Okeślić gęstość stumienia cieplnego dla uociągu bez i z izolacją. Ile powinienem wynosić współczynnik pzewodzenia ciepła mateiału izolacyjnego, by pokyty nim uociąg cechował się statami ciepła nie większymi niż uociąg bez izolacji.

6 ZADANIE 7 Wewnętzna powiezchnia wastwy izolacyjnej posiada tempeatuę 0 o C, natomiast powiezchnia zewnętzna oddaje ciepło do otoczenia (temp. otoczenia jest ówna -0 o C) na dodze konwekcji. Gubość wastwy izolacyjnej wynosi 50 mm a jej współczynnik pzewodzenia ciepła jest ówny =0,05 W/m K. Obliczyć współczynnik wnikania ciepła wiedząc, że tempeatua zewnętznej powiezchni wynosi 0 o C. ZADANIE 8 Szyba okienna o gubości 0,5 cm i współczynniku ównym 0,78 W/m deg po stonie wewnętznej powiezchni ma kontakt z powietzem o tempeatuze 5C. Współczynnik wnikania po tej stonie wynosi 5 W/m deg. Powietze po stonie zewnętznej ma tempeatuę -0 C, a współczynnik po stonie zewnętznej wynosi 50 W/m deg. Obliczyć tempeatuy zewnętznej i wewnętznej powiezchni szyby. ZADANIE 9 Okno składa się z dwóch szyb o gubości 5 mm, oddzielonych pzestzenią powietzną o gubości 0 mm. Współczynnik pzewodzenia ciepła szkła wynosi 0,78 W/m deg a powietza 0,05 W/m deg. Współczynnik wnikania ciepła wynosi 0 W/m deg a wnikania ciepła jest ówny 50 W/m deg. ) obliczyć gęstość stumienia ciepła gdy T=60 deg, ) poównać ten wynik z ciepłem taconym w pzypadku okna z jedną szybą, 3) poównać ten wynik w pzypadku okna bez pzestzeni powietznej, pzyjąć gubość szyby ówną 0 mm,