Расстояние между стенками сосуда дьюара
2017-10-13 
Сжиженные газы хранят в сосудах Дьюара, которые представляют собой стеклянные или металлические колбы с двойными стенками (рис. 1). Из пространства между стенками откачан воздух, что приводит к уменьшению их теплопроводности. Так как весь воздух выкачать невозможно, то оставшиеся молекулы будут переносить теплоту от окружающей среды к содержимому сосуда Дьюара. Эта остаточная теплопроводность стенок приводит к тому, что находящийся в сосуде сжиженный газ непрерывно испаряется. При заполнении сосуда Дьюара жидким азотом, температура кипения которого при нормальном атмосферном давлении равна 77,3 К, оказалось, что за единицу времени испарилась масса $M_{1}$ азота. Какая масса газа испарится из этого же сосуда за единицу времени, если его заполнить жидким водородом, температура кипения которого равна 20,4 К? Температура окружающей среды в обоих случаях равна 300 К.
Решение:
Перенос теплоты происходит при таких отклонениях от состояния термодинамического равновесия, когда различные части системы имеют разную температуру. При обычных условиях механизм теплопроводности газа заключается в следующем: молекулы из более «горячей» области в результате хаотического движения перемещаются по всем направлениям и, сталкиваясь с молекулами из более «холодных» областей, передают им часть своей энергии. Каждая молекула может перенести «избыток» тепловой энергии на расстояние порядка средней длины свободного пробега $lambda$. Поэтому полный поток теплоты от участка с более высокой температурой к участку с более низкой температурой пропорционален концентрации молекул $n$ и их средней длине свободного пробега.
Каждая из величин $n$ и $lambda$ зависит от давления, при котором находится газ. Но их произведение не зависит от давления. В самом деле, вспомните задачу 6 о торможении спутника в верхних слоях атмосферы, где обсуждалось, от чего зависит средняя длина свободного пробега молекул. Там было получено соотношение
$n lambda sigma approx 1$. (1)
Величина $sigma = pi d^{2}$ ($d$ — диаметр молекулы) от давления не зависит. Поэтому не зависит от давления и произведение $n lambda$, хотя концентрация молекул $n$ пропорциональна давлению.
Таким образом, при обычных условиях теплопроводность газа не зависит от Давления, ибо все остальные величины, входящие в выражение для потока теплоты (разность температур, площадь стенок и расстояние между ними), также не зависят от давления.
Так зачем же в сосудах Дьюара откачивают воздух из пространства между стенками? Все дело в том, что при очень низком давлении газа, когда длина свободного пробега молекул оказывается больше расстояния между стенками, механизм теплопроводности становится другим! молекулы газа свободно пролетают от одной стенки до другой, не сталкиваясь друг с другом, и переносят «избыток» энергии непосредственно от стенки к стенке. Теперь теплопроводность не зависит от длины свободного пробега молекул — важно лишь, чтобы она превышала расстояние $l$ между двойными стенками сосуда. Так как поток теплоты, разумеется, и в этом случае пропорционален концентрации молекул, то чем ниже давление оставшегося между стенками воздуха, тем меньше будет его теплопроводность.
Для того чтобы оценить поток теплоты от наружной стенки сосуда Дьюара к холодной внутренней стенке, будем считать, что каждая молекула воздуха, покидая стенку сосуда, имеет энергию, соответствующую температуре этой стенки. Сталкиваясь с другой стенкой, молекула целиком передает ей свою энергию. Другими словами, мы считаем, что взаимодействие молекул со стенкой носит характер неупругого удара. Если бы удар молекул о стенку был абсолютно упругим, то молекулы газа вообще не переносили бы тепла.
Будем считать, что наружная стенка сосуда имеет температуру $T_{0}$, равную температуре окружающей среды. Находящийся в сосуде Дьюара сжиженный газ все время понемногу выкипает, поэтому, несмотря на непрерывный подвод теплоты, его температура остается неизменной. Горлышко сосуда Дьюара держится открытым, чтобы испарившийся газ мог свободно выходить в атмосферу — в противном случае сосуд непременно взорвется вследствие непрерывного роста давления. Таким образом, температура внутренней стенки равна температуре кипения $T_{1}$ сжиженного газа при атмосферном давлении.
Поток энергии, переносимый молекулами воздуха от горячей стенки к холодной, пропорционален энергии улетающей молекулы (т. е. температуре горячей стенки $T_{0}$) н числу молекул $z$, покидающих горячую стенку за единицу времени. Сколько же молекул покидают горячую стенку? Очевидно, столько же, сколько прилетает к ней от холодной стенки. Число таких молекул пропорционально концентрации молекул, имеющих температуру холодной стенки $T_{1}m$ и их средней скорости $langle v_{1} rangle$:
$z sim n_{1} langle v_{1} rangle$. (2)
Поэтому поток энергии от горячей стенки к холодной пропорционален произведению $T_{0} z sim T_{0} n_{1} langle v_{1} rangle$. Аналогично, поток энергии, переносимый молекулами от холодной стенки к горячей, пропорционален произведению $T_{1}z sim T_{1} n_{1} langle v_{1} rangle$. Следовательно, поток теплоты $Q$ от горячей стенки к холодной, равный разности встречных потоков энергии, пропорционален разности температур, концентрации и средней скорости молекул:
$Q sim (T_{0} – T_{1}) n_{1} langle v_{1} rangle$. (3)
Какова же концентрация $n_{1}$ «холодных» молекул воздуха в пространстве между стенками? Если обозначить через $n_{0}$ концентрацию «горячих» молекул, т. е. тех, которые покинули наружную стенку, то сумма $n_{1} + n_{0}$ равна полной концентрации воздуха $n$ между стенками:
$n = n_{1} + n_{0}$. (4)
Как уже отмечалось, к горячей стенке прилетает в единицу времени столько же молекул, сколько и к холодной. Поэтому
$n_{1} langle v_{1} rangle = n_{0} langle v_{0} rangle$. (5)
Так как средняя скорость пропорциональна корню из термодинамической температуры, то из равенства (5) имеем
$n_{0} = n_{1} langle v_{1} rangle / langle v_{0} rangle = n_{1} sqrt{ T_{1} / T_{0}}$. (6)
Подставляя $n_{0}$ в соотношение (4), находим
$n_{1} = frac{n}{1 + sqrt{T_{1}/T_{0}}}$. (7)
Теперь выражение (3) для потока теплоты можно переписать в виде
$Q sim (T_{0} – T_{1}) frac{n sqrt{T_{1}}}{1 + sqrt{T_{1} / T_{0}}} = n sqrt{T_{0}T_{1}} ( sqrt{T_{0}} – sqrt{T_{1}})$. (8)
За счет этого потока теплоты за единицу времени испаряется масса сжиженного газа $M_{1}$, равная отношению $Q$ к удельной теплоте парообразования $Lambda_{1}$:
$M_{1} sim frac{n}{ Lambda_{1}} sqrt{T_{0}T_{1}} ( sqrt{T_{0}} – sqrt{T_{1}})$. (9)
Точно такое же выражение будет справедливо и в том случае, когда сосуд Дьюара заполнен другим сжиженным газом, у которого температура кипения равна $T_{2}$, а удельная теплота парообразования равна $Lambda_{2}$. Все опущенные в формуле (9) коэффициенты пропорциональности не зависят от того, какой именно газ находится в сосуде. Поэтому для отношения масс разных газов, испаряющихся за единицу времени из одного и того же сосуда Дьюара, получим
$frac{M_{2}}{M_{1}} = frac{ Lambda_{1}}{ Lambda_{2}} sqrt{ frac{T_{2}}{T_{1}}} frac{ sqrt{T_{0}} – sqrt{T_{2}}}{ sqrt{T_{0}} – sqrt{T_{1}}}$. (10)
Подставляя сюда значения удельной теплоты парообразования водорода $lambda_{2} = 4,5 cdot 10^{5} Дж/кг$, азота $Lambda_{1} = 2,0 cdot 10^{5} Дж/кг$ и их температуры кипения $T_{2} = 20,4 К, T_{1}=77,3 К$, найдем $M_{2}/M_{1} approx 0,34$.
Получилось, что по массе водород выкипает из сосуда Дьюара медленнее азота, хотя температура кипения водорода ниже. Однако со скоростью выкипания по объему все обстоит иначе. Плотность жидкого водорода равна примерно $0,07 г/см^{3}$, азота $0,8 г/см^{3}$, поэтому для отношения объемов испарившихся водорода $V_{2}$ и азота $V_{1}$ получаем $V_{2}/V_{1} = 3,89$, т. е. водород выкипает приблизительно в 4 раза быстрее азота.
Из формулы (9) видно, что масса испаряющегося газа пропорциональна концентрации и оставшегося между стенками сосуда Дьюара воздуха. Поэтому теплоизоляция будет тем лучше, чем этого воздуха меньше. Обычно сосуды Дьюара откачивают до высокого вакуума ($10^{-3} – 10^{-5}$ мм рт. ст.). Это соответствует концентрации оставшегося воздуха $n = p/kT_{0} sim 10^{11} – 10^{13} см^{-3}$. При таких концентрациях длина свободного пробега будет составлять, как видно из соотношения (1), величину порядка $lambda approx 1/( n pi d^{2}) sim 10 – 10^{3} см$. Расстояние между двойными стенками I обычно равно нескольким миллиметрам. Поэтому при таком давлении оставшегося воздуха средняя длина свободного пробега значительно превышает расстояние между стенками и механизм теплопроводности именно такой, какой рассмотрен в задаче.
При давлении воздуха между стенками порядка $10^{-2}^ мм рт. ст. длина свободного пробега становится сравнимой с расстоянием между стенками. Поэтому откачка до такого или большего давления вообще лишена смысла, поскольку в таких условиях теплопроводность воздуха не зависит от давления.
Поверхности стенок сосуда, образующих вакуумное пространство, обычно покрываются тонким слоем серебра, чтобы уменьшить лучистый теплообмен между стенками. Поэтому в данной задаче мы не учитывали лучистую составляющую теплового потока.
Сосуды Дьюара используются и для хранения веществ при температуре более высокой, чем температура окружающей среды. Распространенные в быту термосы представляют собой стеклянные сосуды Дьюара, заключенные в металлическую или пластмассовую оболочку для защиты от повреждений.
Источник
Типы сосудов Дьюара
Самогерметизирующийся дьюар (серебряный, передний план) заполняется жидким азотом из большого резервуара для хранения (белый, задний план).
Сосуды для криогенного хранения
Дьюар для криогенного хранения (в честь разработчика Джеймса Дьюара) – это специализированный вид термоса, используемый для хранения сверххолодных веществ (например, жидкого азота или жидкого гелия), чьи температуры кипения значительно ниже комнатной.
Криогенные дьюары могут принимать несколько различных форм, включая открытие бадьи, фляги с неплотно закрывающимися пробками и самогерметизирующиеся резервуары. Все они имеют стенки, построенные из двух или более слоев, с поддержанием высокого вакуума между слоями.Это обеспечивает очень хорошую теплоизоляцию между содержимым дьюара и наружной средой, что снижает скорость, с которой содержимое выкипает.
Меры предосторожности предусмотрены в конструкции дьюаров, чтобы безопасно управлять газом, который выделяется по мере того, как жидкость медленно кипит. Чтобы предотвратить опасность взрыва самые простые дьюары позволяют газу выходить наружу через открытый верх или мимо неплотной пробки. Более усложнённые дьюары улавливают газ над жидкостью и удерживают его под высоким давлением. Это повышает температуру кипения жидкости, позволяя сохранять её в течение длительного периода. Избыточное давление паров снимается автоматически через предохранительные клапаны.
Метод перемещения жидкости из дьюара зависит от его конструкции. Простой дьюар может быть наклонен, чтобы налить жидкость из горлышка. Самогерметизирующаяся конструкция используют давление газа в верхней части дьюара, чтобы направить жидкость вверх по трубе, ведущей к горловине.
БЕЗОПАСНОСТЬ
Сверххолодные вещества представляют ряд угроз для безопасности и емкости предназначены для уменьшения связанного с ними риска.
Прежде всего, нет дьюара, который может обеспечить идеальную теплоизоляцию и криогенные жидкости медленно выкипают, что производит огромное количество газа. Например, коэффициент расширения криогенного аргона от температуры кипения до комнатной составляет от 1 до 847, жидкого водорода – от 1 до 851, жидкого гелия – от 1 до 757, жидкого азота – от 1 до 696, а жидкого кислорода – от 1 к 860. Неон имеет высочайший коэффициент расширения с 1 до 1438.
В дьюарах с открытым верхом, газ просто улетучивается в окружающее пространство. Однако, внутри герметичных дьюаров может накапливаться очень высокое давление и приняты меры предосторожности, чтобы минимизировать риск взрыва. Так, клапаны сброса давления (один или более) позволяют стравливать газ из дьюара, если давление становится чрезмерным.
На внутренней поверхности дьюара может образовываться лед, если оо остается открытым на воздухе в течение длительного периода времени. Это может быть крайне опасно, так как отверстие дьюара может быть заблокировано, что приводит к увеличению давления и риску взрыва.
Газ, выходящий из дьюара, может постепенно вытеснять кислород из воздуха в окружающем пространстве, что представляет опасность удушья. Потребители обучаются хранить дьюары только в хорошо проветриваемом помещении, а перед транспортировкой дьюаров в лифте избыточное давление газа сбрасывается и дьюары отправляются к месту назначения без сопровождения.
Источник
СОСУД ДЬЮАРА
Специальный холодильный сосуд для замораживания и хранения спермы производителей в жидком азоте. Представляет собой двухстенную емкость из алюминиевых сплавов или нержавеющей стали. Между стенками помещена специальная теплоизоляция. Для повышения ее эффективности межстенное пространство вакуумируют и остатки газов поглощают добавками адсорбента. При падении, ударах, резких толчках и т.п. может произойти нарушение целостности наружного кожуха или внутреннего сосуда, что сопровождается потерей вакуума. Такая неисправность вызывает быстрое испарение жидкого азота и обледенение наружного кожуха. Эксплуатировать или отогревать в рабочих помещениях неисправные сосуды категорически запрещается. Закрываются сосуды только предназначенными для них крышками. Запрещается плотно закрывать горловину, так как испарение части жидкого азота создает внутри сосуда избыточное давление и тем самым предотвращает попадание кислорода из наружного воздуха. Кроме того, при повышении давления возникает опасность повреждения сосуда или выброса жидкого азота.
Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных. — М.: ВНИИплем.
И. М. Дунин.
1996.
Смотреть что такое “СОСУД ДЬЮАРА” в других словарях:
Сосуд Дьюара — для жидкого кислорода Сосуд Дьюара сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре. Перед помещением в сосуд Дьюара вещество необходимо нагреть или охладить. Постоянная температура… … Википедия
сосуд Дьюара — Diuaro indas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vakuuminis indas, kuriame ilgą laiką galima laikyti skysčius toje pačioje arba labai lėtai kintančioje temperatūroje. Diuaro inde galima laikyti skystą helį, azotą ar pan.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
сосуд Дьюара — Diuaro indas statusas T sritis chemija apibrėžtis Termosas suskystintoms dujoms laikyti. atitikmenys: angl. Dewar flask; vacuum bottle; vacuum flask; vacuum vessel rus. сосуд Дьюара … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
сосуд Дьюара — Diuaro indas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Dewar flask; Dewar vacuum flask; vacuum bottle vok. Dewar Gefäß, n; Vakuummantelgefäß, n rus. сосуд Дьюара, m pranc. dewar, m; vase de Dewar, m … Fizikos terminų žodynas
Дьюара сосуды — Сосуд Дьюара для жидкого кислорода Сосуд Дьюара сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре. Перед помещением в сосуд Дьюара вещество необходимо нагреть или охладить. Постоянная температура… … Википедия
ДЬЮАРА СОСУД — колба с двойными посеребренными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разреженного газа между стенками столь мала, что температура веществ, помещаемых в сосуд Дьюара, сохраняется постоянной долгое время … Большой Энциклопедический словарь
Дьюара сосуд — колба с двойными посеребрёнными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разрежённого газа между стенками столь мала, что температура веществ, помещаемых в Дьюара сосуд, сохраняется постоянной долгое время … Энциклопедический словарь
Дьюара сосуд — сосуд с двойными стенками, между которыми создан вакуум не менее 1.33 мН/мІ (10–5 мм рт. ст.), что обеспечивает высокую теплоизоляцию внутреннего объёма сосуда. Предложен английским физиком Дж. Дьюаром в 1898 г. Простейший сосуд Дьюара… … Энциклопедия техники
Дьюара сосуд — Дьюара сосуды: а, б стеклянные; в металлические для жидких газов (азота и гелия). ДЬЮАРА СОСУД, колба с двойными посеребренными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разреженного газа между стенками… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ДЬЮАРА СОСУД — сосуд с двойными стенками, между которыми создан вакуум, что обеспечивает высокую теплоизоляцию вещества, находящегося внутри сосуда. Обычно в таких сосудах хранят и перевозят сжиженные газы. Небольшие Д. с. изготовляют из стекла, большого объёма … Большая политехническая энциклопедия
Источник
1. Сосуд Дьюара заполнен жидким азотом. Температура его внутренней стенки приблизительно равна температуре жидкого азота 78 К, а температура наружной стенки 295 К. Стенки сосуда посеребренные (e = 0,04), площадь поверхностей внутренней и наружной стенок приблизительно равна 0,3 м2. Полость между стенками вакуумирована. Найти тепловой поток к азоту.
Ответ: q = 2,6 Вт.
2. При изготовлении отливок по методу литья с направленной кристаллизацией нагретая до температуры 1400°С форма, устанавливается на водоохлаждаемый медный катализатор с температурой 60°С. Между формой и кристаллизатором возникает зазор, толщиной 0,1 мм. Определить значение коэффициента теплоотдачи излучением через зазор в первый момент времени после установки формы.
Ответ: a = 200 Вт/(м2×К).
3. Фарфоровый тигель (eф = 0,92) с температурой 20°С поставлен в муфельную печь, температура динасовых стенок которой 800°С. Определить плотность лучистого теплового потока к тигелю в начальный момент времени, если отношение площадей поверхности тигеля и печи F1/F2 = 0,05.
Ответ: q = 68200 Вт/м2.
4. Определить потерю тепла путем излучения с поверхности стальной трубы, диаметром d = 0,07 м и длиной 3 м при температуре поверхности 227°С, если эта труба находится: а) в большом кирпичном помещении, температура стенок которого 27°С; б) в кирпичном канале, площадь которого равна 0,3´0,3 м при температуре стенок 27°С.
Ответ: а) Q = 1620 Вт; б) Q = 1595 Вт.
5. Температура воздуха в холодильной камере по показанию стеклянного ртутного термометра минус 20°С. Температура поверхности стенок камеры минус 17°С. Коэффициент конвективной теплоотдачи от термометра к воздуху aк = 5 Вт/(м2×К). Оценить погрешность показаний термометра, которая возникает в результате лучистого теплообмена между стенками камеры и термометром.
Ответ: DТ = 1,9 К.
6. Для измерения температуры потока горячего воздуха, протекающего по каналу, использована термопара. Между спаем термопары и стенками канала возникает лучистый теплообмен, который искажает показания термопары. Для уменьшения погрешности при измерении температуры термопара закрывается экранной трубкой. Найти действительную температуру воздушного потока, если термопара показывает 200°С. Температура внутренней стенки канала 100°С. Степень черноты экрана и спая термопары одинаковы и равны 0,8. Коэффициент теплоотдачи от воздуха к спаю термопары a1 = 46,5 Вт/(м2×К), а к поверхности экрана a2 = 11,6 Вт/(м2×К).
Ответ: t = 210°С.
7. Определить количество тепла, излучаемое стальной плитой при температуре 600°С на латунный лист такого же размера при температуре 27°С, расположенный параллельно плите. Определить также коэффициент теплоотдачи излучением. Построить кривую изменения значения коэффициента теплоотдачи при изменении температуры стальной плиты от 200 до 1000°С.
Ответ: q = 16792 Вт/м2; a = 11,86 Вт/(м2×К).
8. Чугунная топочная дверца, размером 500´400 мм парового котла, имеет температуру t = 540°С (eч = 0,64). Определить количество излучаемого дверцей тепла, если температура в котельном отделении 35°С. Определить также и коэффициент теплоотдачи излечением.
Ответ: Q = 3117 Вт; a = 30,8 Вт/(м2×К).
9. Определить количество тепла, излучаемое поверхностью плоской стенки на другую параллельно расположенную плоскую стенку, температуры стенок соответственно 227°С и 27°С, а изготовлены они из меди и чугуна. Рассчитать также изменение коэффициента теплоотдачи излучением при при установке экраном от 1 до 10.
Ответ: q = 1850 Вт/м2
СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Краткая теория
Сложным теплообменом называют процессы переноса теплоты одновременно несколькими способами. Например процессы конвективного теплопереноса всегда связаны с теплопроводностью внутри перемещающихся значительных (молярных) элементов потока вещества. Радиационный теплообмен может сочетаться как с теплопроводностью, так и конвекцией.
Теплоотдачей называется процесс теплообмена (теплопереноса) между средами, разделенными отчетливой границей (твердая стенка – текучая среда, поверхность раздела газ – жидкость). Для практических расчетов стационарных процессов теплообмена для описания этого процесса можно воспользоваться уравнением Ньютона-Рихмана
Q = a. (tc – tж). F.t,
Теплопередачей называется процесс теплообмена между средами, разделенными некоторой перегородкой, например стенкой. Уравнение теплопередачи имеет вид
Q = k (tc – tж). F.t,
где k – коэффициент теплопередачи.
Теплопередача через стенки простой формы.
При теплопередаче через стенку простой формы величина теплового потока определяется по формуле:
Q= k ( tж1 – tж2 )
При теплопередаче через плоскую многослойную стенку:
При теплопередаче через цилиндрическую многослойную стенку:
При теплопередаче через шаровую многослойную стенку:
Значение температур на поверхностях или между слоями стенок могут быть рассчитаны соответственно:
При теплопередаче через плоскую многослойную стенку
При теплопередаче через цилиндрическую многослойную стенку
При теплопередаче через шаровую многослойную стенку
Оребрение
Оребрение производится с той стороны поверхности стенки, где коэффициент теплоотдачи меньше. Коэффициент оребрения определяется, как отношение оребренной и неоребренной поверхностей b= Fреб/Fгл.. Предположив, что минимальный коэффициент теплоотдачи a2 имеем
Для плоской поверхности ,
Для цилиндрической поверхности
Для шаровой поверхности
Тепловая изоляция. При расчете тепловой изоляции необходимо определить потери тепла через проектируемую конструкцию, а также подобрать необходимый теплоизоляционный материал и толщину изоляции. Обычно все эти расчеты проводятся по формулам теплопроводности или теплопередачи. Для проведения оценочного расчета можно воспользоваться формулой, позволяющей выбрать тип изоляции
,
где d2- наружный диаметр неизолированного трубопровода.
Примеры решения задач
Задача 1
Определить потерю теплоты через 1 м2 кирпичной обмуровки котла толщиной d = 250 мм и температуры стенки tС1 и tС2, если температура газов tЖ1 = 600°С, температура воздуха tЖ2 = 30°С, коэффициент теплоотдачи со стороны газов a1 = 20 Вт/(м2К), коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха a2 = 8 Вт/(м2К) и коэффициент теплоотдачи обмуровки l0 = 0,7 Вт/(мК).
Решение
Стенка котла плоская, поэтому значение коэффициента теплоотдачи
,
тепловой поток ,
температуры: ,
.
Задача 2
Определить плотность теплового потока через стенку, холодная сторона которой оребрена и коэффициент оребрения F2/F1 = 13. Толщина стенки d = 10 мм и коэффициент теплопроводности материала l = 40 Вт/(мК). Коэффициенты теплоотдачи соответственно a1 = 200 и a2 = 10 Вт/(м2К), а температуры tЖ1 = 75°С, tЖ2 = 15°С.
Решение
Определим коэффициент теплопередачи:
,
тогда плотность теплового потока:
.
При отсутствии ребер:
.
Таким образом, оребрение поверхности позволяет увеличить теплопередачу более чем в 8 раз.
Задача 3
Наружный диаметр горизонтального паропровода 120/5 мм, температура пара 320°С. Температура воздуха в машинном отделении 30°С. Определить тип изоляции при условии, что толщина теплоизоляционного слоя не должна превышать 50 мм, а температура поверхности 50°С.
Решение
d1 = 0,11 м; d2= 0,12 м; dИЗ = 0,22 м; lТ = 40 Вт/(мК).
Допустим, что процесс передачи тепла стационарный, тогда величина линейной плотности теплового потока постоянна.
С поверхности тепловой изоляции в окружающую среду передается тепловой поток:
,
при tЖ = 30°С lЖ = 0,0256 Вт/(м×град), nЖ = 16,56×10-6 м2/с,
,
.
Отсюда ,
.
Примем , тогда
,
Допустим, что температура внутренней поверхности трубы равна температуре пара, то есть , тогда ,
,
отсюда lИЗ = 0,059 Вт/(мК).
По таблицам: в качестве теплоизоляционного материала можно использовать минеральную шерсть l = 0,046 Вт/(мК).
Источник