PPRRZZEENNIIKKAANNIIEE

W przemyle ruch ciepa zachodzi rwnoczenie dwoma lub trzema sposobami, najczciej odbywa si przez przewodzenie i konwekcj. Mechanizm transportu ciepa czcy wymienione sposoby ruchu ciepa nazywa si PRZENIKANIEM CIEPA.

PRZENIKANIE PRZEZ CIANK PASK JEDNOWARSTWOW

T1>T2 i Tw1>Tw2

Przepyw ciepa przez ciank jest ustalony constQdt

dQ *

Przepyw ciepa odbywa si w trzech stadiach:

1. wnikanie ciepa od orodka do cianki paskiej,

)( 1111* wTTAQ 2. przewodzenie ciepa przez ciank,

)( 212* ww TTA

Q

3. wnikanie ciepa od cianki do orodka ogrzewanego

)( 2223* TTAQ w

Poniewa ruch ciepa jest ustalony 3*2*1* QQQ mona rwnania doda stronami. Natenie przepywu ciepa na drodze przenikania mona, zatem wyrazi nastpujco:

W )T-(TA 21*

21

11

1

Q

gdzie:

degm

W

2

21

11

1

K - wspczynnik przenikania ciepa

deg (z ang. degree) stopie oC, K

PRZENIKANIE PRZEZ CIANK PASK WIELOWARSTWOW

Natenie przepywu ciepa:

[W] )(* 21 TTAKQ gdzie:

degm

W

2

211

11

1

n

i

K

PRZENIKANIE PRZEZ CIANK CYLINDRYCZN

JEDNOWARSTWOW

r2

T1Tw1Tw1

Tw2Tw2T2 T2

r1

L

Natenie przepywu ciepa:

[W] )(* 21 TTAKQ d

gdzie: LdLrA 2

wspczynnik Kd wynosi:

degm

W

ln221

2

11 2

1

2

1

2

1

1

rr

r

r

Kd

czyli

[W] )(* 21 TTLKQ d

WIELOWARSTWOW

Natenie przepywu ciepa:

[W] )(* 21 TTLKQ d

gdzie:

22

1

111 2

1

2

1

2

1

1

rr

r

r

K

i

in

i i

d

ln

degm

W

W przypadku cianek cylindrycznych mona stosowa szereg uproszcze: Gdy rura jest cienkocienna i gdy T jest nieznaczna mona stosowa wzory dla cianki paskiej. WWaarruunneekk dd22//dd11 22.

[W] )(* 21 TTAKQ

Wwczas we wzorze na powierzchni LrA x2 za rx podstawia si: 1) jeeli 1>>2 to rx=r2 promie zewntrzny rury, 2) jeeli 12 to:

2

21 rrrx

3) jeeli 1

ZADANIA

ZADANIE 1 W skraplaczu rurkami o rednicy 32/38 mm przepywa woda chodzca, za w przestrzeni midzyrurowej kondensuje para wodna. Wspczynniki wnikania ciepa od kondensujcej pary do zewntrznej powierzchni rur oraz od wewntrznej powierzchni rur do wody wynosz odpowiednio: 10000 W/m

2K i 4200 W/m2K. Wspczynnik

przewodzenia ciepa stali wynosi 45 W/mK. Obliczy wspczynnik przenikania ciepa K. Nastpnie obliczy wspczynnik przenikania ciepa K1, jeeli rurki skraplacza s pokryte wewntrz warstw kamienia kotowego o gruboci 1mm ( kamienia kotowego wynosi 0,8 W/mK).

ZADANIE 2 Okreli wspczynnik przenikania ciepa od roztworu przepywajcego zaizolowan rur do otaczajcego powietrza. Rura stalowa o rednicy 125/133mm zaizolowana jest z zewntrz warstw waty szklanej o gruboci 80mm. Nastpnie wyznaczy straty ciepa przez przenikanie. Dane: wspczynnik wnikania ciepa od roztworu do cianki rury 600 W/m2K; wspczynnik wnikania ciepa od cianki rury do powietrza 10 W/m2K; wspczynniki przewodzenia ciepa stali =45 W/mK, waty szklanej =0,09 W/mK; dugo rury L=5m; temperatura roztworu 90C;

temperatura otoczenia 30C.

ZADANIE 3 W aparacie wrze ciecz w temperaturze 115C. Paska ciana aparatu jest wykonana z blachy stalowej o gruboci 3mm i zaizolowana z zewntrz warstw weny ulowej o gruboci 60mm. Temperatura otoczenia wynosi 18C. Obliczy zewntrzn i wewntrzn temperatur izolacji oraz wewntrzn temperatur blachy. Wspczynniki wnikania ciepa od wrzcej cieczy do blachy i od izolacji do otoczenia wynosz odpowiednio 2100 W/m

2K i 8 W/m2K. Wspczynniki

przewodzenia ciepa blachy i izolacji s rwne odpowiednio: =50 W/mK i =0,034 W/mK. Powierzchnia wynosi A=1m

2. O ile naley zwikszy grubo izolacji gdy temperatura wrzcej cieczy wzronie o 10C a temperatura otoczenia pozostanie ta sama.

ZADANIE 4 Wspczynnik wnikania ciepa od nieizolowanego kulistego zbiornika o

rednicy 0,5m do otoczenia o temperaturze To=293 K wynosi =10 W/m2K. Zbiornik pokryto warstw izolacji o gruboci =0,04 m (iz=0,056 W/mK). Przyjmujc temperatur powierzchni zbiornika T=363 K (w obu przypadkach) oraz, e wspczynnik wnikania ciepa nie ulega zmianie po naoeniu izolacji, obliczy ile % zmniejszy si gsto strumienia cieplnego.

ZADANIE 5 Obliczy gsto strumienia cieplnego q przenikajcego przez czyst

powierzchni ogrzewaln kota parowego, oraz temperatury na powierzchniach cianki, jeeli dane s nastpujce: temperatura spalin T1=1273K, temperatura wrzcej wody T2=473 K, wspczynnik wnikania ciepa od spalin od cianki 1=100 W/m

2K i od cianki do wrzcej wody 2=5000 W/m

2K oraz wspczynnik przewodzenia ciepa materiau cianki 2= 50 W/mK i grubo cianki 2=0,012 m.

a) W czasie eksploatacji powierzchnia ogrzewalna kota parowego od strony spalin pokrya si warstw sadzy o gruboci 1=0,001 m

(1=0,08 W/mK) a od strony wody warstw kamienia kotowego o gruboci 3=0,002 m (3=0,8 W/mK). Obliczy gsto strumienia cieplnego przez zanieczyszczon powierzchni ogrzewaln oraz temperatury na poczeniach poszczeglnych warstw T1, T2, T3 i T4. Porwna wyniki rozwizania z poprzedni czci zadania i okreli zmniejszenie gstoci strumienia cieplnego w %.

ZADANIE 6 Rurocigiem o rednicach dw/dz=90/100 mm pynie ciepy olej.

Rurocig ten pokryto warstw izolacji o gruboci 100 mm. Wspczynniki przewodzenia ciepa materiau rury i izolacji wynosz odpowiednio 1= 40 W/mK, iz= 1,16 W/mK. rednia temperatura T1= 438 K, temperatura otoczenia T2=285 K. Wspczynnik wnikania ciepa od oleju do rury 1=120 W/m

2K i wnikania ciepa od izolacji do otoczenia 2=10 W/m2K.

Okreli gsto strumienia cieplnego dla rurocigu bez i z izolacj. Ile powinienem wynosi wspczynnik przewodzenia ciepa materiau izolacyjnego, by pokryty nim rurocig cechowa si stratami ciepa nie wikszymi ni rurocig bez izolacji.