ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ТЕОРИЯ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ПРИМЕРЫ

Передача тепла теплопроводностью через газопроницаемую кладку

Ограничивающие и разделяющие стенки теплотехнических ус­тановок всегда газопроницаемы, если они выложены из кирпича и не имеют специальных уплотнений. Если при этом на горячей сто­роне кладки наблюдается избыток давления (что в большинстве случаев происходит вследствие действия подъемной силы иод сво­дом печи), то горячие газы проникают через кладку и переносят свое тепло конвекцией. Благодаря этому они помогают теплопро­водности и потери тепла через стенку будут значительно больше, чем это обусловлено законами теплопроводности. Напротив, если избыток давления господствует на холодной стороне (как это на­блюдается, например, в котлах), то холодный газ будет проникать через кладку, нагреваемую изнутри. При этом тепло, аккумулиро­ванное кладкой за счет теплопроводности, снова будет возвра­щено внутрь, вследствие чего часто достигается значительное уменьшение тепловых потерь и их величина, рассчитанная на основании законов передачи тепла теплопроводностью, будет завышенной по сравнению с действительными пбтерями тепла. Возможно, что некоторые противоречия в значениях коэффи­циентов теплопроводности, измеренных до сих пор, объясняются частично этим движением газов. Это подтверждает мнение мно­гих специалистов о заниженных значениях коэффициентов теп­лопроводности, определенных лабораторным путем.

Количество тепла, передаваемое теплопроводностью и конвек­цией через газопроницаемую - стенку, можно рассчитать по фор­муле

TOC o "1-5" h z Q = ^ ® (Х + VCpи) ккал/час (51)

Или в общей форме для плоской или криволинейной стенки

Q = QT. n Т VcpF(tx —12) ккал/час. (51а)

В случае изогнутых стенок в качестве теплопередающей поверх­ности принята поверхность F м2 по средней толщине. Количество тепла, проходящее через 1 м2, составляет

Q = qT n + Vc. p(tx —12) ккал/м2час. (516)

Знак минус ставят в том случае, если газ идет в одном направле­нии с тепловым потоком.

В этих формулах:

F — теплопередающая поверхность (в случае изогнутой стен­ки— поверхность по средней толщине), м2

S — толщина стенки, м; tu h — температуры ограничивающих поверхностей, °С;

X — коэффициент теплопроводности стенки, ккал/м • час°С;

V — часовое количество газа, проходящее через 1 ж2 поверх­ности стенки[7], м3/м2 • час; ср —удельная теплоемкость, ккал/м3 • ° С.

Количество тепла, проходящее, через стенку, зависит от по­ристости и величины разности давлений с обеих сторон кладки. X. Банзен [8] по этому вопросу провел ряд исследований и нашел, что объем V обратно пропорционален толщине кладки и возраста­ет с увеличением перепада давления /г мм вод. ст., характеризуе­мого показателями степени от 1 до 7г. Это объясняется тем, что часть газа движется в порах ламинарно (показатель степени ра­вен 1), а часть в больших порах — турбулентно (показатель сте­пени равен 7а). Если количество проходящего газа в первом при-, ближении пропорционально перепаду давления А мм вод. ст., то

У — —— м3/м2час. (52)

100 . г 4

Банзен называет е коэффициентом проницаемости и опре - деляет его значение в интервале от 1 до 20, смотря по состоянию кладки. Показатель е=1 соответствует очень тщательно выло­женной кладке медленной сушки; е = 20—характеризует стенку, с тонкими трещинами, какие появляются после длительной экс­плуатации при высоких температурах (см. числовой пример на стр. 436).

Вывод. По К. Руммелю перенос тепла через газопроницаемую стенку можно. рассчитать следующим образом: задаваясь толщиной стенки я м и температурами и. а обеих поверхностях и и ^ °С, определяем количество теп­ла,, передаваемое теплопроводностью по уравнению (2а),

(2_ п = X —^----- ккал/час

Т. и 5

ИЛИ для ПЛОСКИХ и, изогнутых многослойных стенок (ср = 1 ДЛЯ —-— < 2) по уравнению (22);

*1 — *2

Д ---------------------------------------------------------- ккал/час.

Т-п _!!_ + _£*_ .. .

Р2 ^2 ^*3

Количество тепла, передаваемое теплопроводностью через 1 м5 стенки, со­ставит

Ккал/мг-час.

При этом общая теплопередающая поверхность Р м2 в случае изогнутой стенки берется на середине всей ее толщины, а поверхности Р2 взяты на серединах отдельных слоев. Если через стенку площадью 1 м расход газа с удельной теплоемкостью ср ккал/мї. град составляет- V м$/час, то при направлении движения газа, обратном тепловому потоку, происходит его нагревание от і2 до и. В результате газ изменяет свое теплосодержание на величину

(2г = V - Т7 • ср • (*х — і2) ккал/час.

Отсюда, общее количество тепла, проходящее^ через стенку, составит

Р * ср к*ал1час

Здесь знак минус соответствует случаю, когда газ движется в направлении, обратном тепловому потоку, а знак плюс — когда газ движется в одном на­правлении с тепловым потоком. Это объясняется тем, что в первом случае газ противодействует общей теплопередаче и, следовательно; уменьшает ко­личество тепла, передаваемое теплопроводностью.

В случае однослойной стенки получаем

Или

<7 = *д — — ■ . (X V • СрЭ) ккал/м*-час. Следовательно, при данном перепаде температуры -

Протекающего газа будет тем больше, чем толще кладка. Правда, через бо­лее толстую кладку в общем пройдет меньшее количество газа, т. е. V будет соответственно меньше. Потери тепла кладкой наружу равны нулю, если поток газа через однбслойную стенку будет настолько велик, что V. ср& окажется равным X.