Быстрый поиск

Учебное пособие: Инженерные системы

Процесс конвекции происходит лишь в жидкостях и газах и представляет собой перенос теплоты в результате перемещения и перемешивания частиц жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Если перемещение частиц жидкости или газа обусловливается разностью их плотностей, то такое перемещение называют естественной конвекцией. При естественной конвекции нагретые объемы теплоносителя поднимаются, охладившиеся — опускаются. Например, отопительный прибор системы центрального отопления соприкасается с воздухом, который получает от него теплоту и поднимается, уступая место более холодному воздуху. Таким образом, теплота вместе с воздухом передается от прибора в другие части помещения.

Если жидкость или газ перемещается с помощью насоса, вентилятора, эжектора и других устройств, то такое перемещение называют вынужденной конвекцией. Теплообмен происходит в этом случае значительно интенсивнее, чем при естественной конвекции.

Процесс теплового излучения состоит в переносе теплоты от одного тела к другому электромагнитными волнами, возникающими в результате сложных молекулярных и атомных возмущений. Лучистая энергия возникает в телах за счет других видов энергии, главным образом тепловой. Электромагнитные волны распространяются от поверхности тела во все стороны. Встречая на своем пути другие тела, лучистая энергия может ими частично поглощаться, превращаясь снова в теплоту (повышая их температуру).

Закон Фурье (1822 г.) является основным законом теплопроводности, устанавливающим прямую пропорциональность между поверхностной плотностью теплового потока и температурным градиентом:

где l — множитель пропорциональности, который называется коэффициентом теплопроводности, Вт/(м-К).

Знак минус указывает, что вектор теплового потока направлен в сторону, противоположную температурному градиенту. Из уравнения видно, что коэффициент теплопроводности количественно равен удельному тепловому потоку при температурном градиенте, равном единице (изменение температуры в 1°С на единицу длины).

Коэффициент теплопроводности является важной теплофизической характеристикой вещества: чем больше l, тем большей теплопроводностью обладает вещество. Коэффициент теплопроводности зависит от природы вещества, его структуры, влажности, наличия примесей, температуры и других факторов.

В практических расчетах коэффициент теплопроводности строительных материалов надлежит принимать по СНиП П-3-79** «Строительная теплотехника».

Контрольные вопросы:

1. Что называется теплообменом?

2. Назовите способы переноса теплоты в пространство и теплообмена между телами.

3. Что представляет собой процесс теплопроводности?

4. Какой процесс теплообмена называется теплопередачей?

5. Как называется сочетание различных видов теплообмена?

Рекомендуемая литература

1. Тихомиров К.В., Сергиенко З.С. Теплотехника, теплоснабжение и

вентиляция: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. – 475 с., ил.

2. Внутренние санитарно-технические устройства в 3 ч. Ч.1. Отопление. Ю.Н.Саргин и др. / Под редакцией И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера. 4-е изд. – М.: Стройиздат, 1989. 346 с., ил. (Спр. Проект.)

3. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. 735 с., ил.

Лекция 6

Тема: Теплопередача через сложную стенку (1 час)

План лекции

1.Теплопроводность многослойной стенки

Рассмотрим теплопроводность плоской многослойной стенки, состоящей из п материальных слоев, плотно прилегающих один к другому. Каждый слой имеет заданную толщину и коэффициент теплопроводности. Многослойными являются, например, стены и перекрытия крупнопанельных и кирпичных зданий.

При стационарном тепловом режиме тепловые потоки, проходящие через каждый из слоев стенки, одинаковы. Поэтому, пользуясь формулой для каждого слоя, можно написать:

откуда:

Просуммировав, правые и левые части этих равенств, получим:

откуда g, Вт/м2:

Для построения температурного поля многослойной стенки необходимо знать температуру на поверхности каждого слоя в отдельности, которая определяется из следующих очевидных равенств:

Температурное поле многослойной стенки изобразится ломаной линией.

Тепловой поток Q, Вт, через многослойную плоскую стенку определяется по формуле

Для расчета теплового потока через однослойную или многослойную цилиндрическую стенку, если толщина ее по сравнению с диаметром незначительна, можно пользоваться формулами для плоской стенки. При этом F подсчитывается как Fcv=ndcpl, где dcv — средний диаметр цилиндра между наружной и внутренней поверхностями его стенки.

Для определения величины а для различных случаев конвективного теплообмена предложено несколько эмпирических формул, имеющих, однако, ограниченную область применения. Значительно лучшие результаты дает определение величины а на основе эксперимента с использованием критериев подобия — безразмерных соотношений параметров, характеризующих физический процесс. Ниже приводятся некоторые «критерии подобия» для оп-ределения а и их краткая характеристика: критерий Нуссельта Nu ; критерий Прандтля Рг, критерий Рейнольдса Re; критерий Грасгофа Gr

Критерий Нуссельта Nu, или критерий теплоотдачи, характеризует интенсивность теплоотдачи на границе жидкость (или газ) — твердое тело и всегда является величиной искомой.

Критерий Рейнольдса Re представляет собой отношение сил инерции к силам внутреннего трения и характеризует гидродинамический режим движения жидкости. При Re <2300 движение ламинарное, при Re>l О4 турбулентное, при 2300<Re<104 режим движения переходный — от ламинарного к турбулентному.

Критерий Прандтля Рг характеризует физические свойства жидкости (или газа) и способность распространения теплоты в жидкости (или газе). Критерий Грасгофа Gr учитывает подъемные силы, возникающие в жидкости (или газе) вследствие разности плотностей их частиц и вызывающие так называемую свободную конвекцию.

В общем случае конвективного теплообмена критериальная зависимость имеет вид

Nu = f(Re, Gr, Pr). (2.25)

Для условий внутренних поверхностей ограждающих конструкций отапливаемых зданий критерии подобия объединяются уравнением

Nu = 0,135 (GrPr)°-333.(2.27)

Контрольные вопросы

1. Что такое термическое сопротивление

2. Как изменяется температура по толщине стенки

3. Чему равно термическое сопротивление многослойной стенки

4. Как определяется тепловой поток через многослойную стенку

Рекомендуемая литература

1. Тихомиров К.В., Сергиенко З.С. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1991. – 475 с., ил.

3. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. 735 с., ил.

Лекция 7

Тема: Общие сведения об отоплении и требования к системе отопления

(1 час)

План лекции

1. Классификация систем отопления

2. Теплоносители

Гигиенические исследования микроклимата помещений и того, как влияют изменения его отдельных компонентов на организм человека,

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема системы отопления

позволили выработать требования к системам отопления. Основные из них:

санитарно-гигиенические обеспечение требуемых соответствующими строительными нормами и правилами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне;

экономические обеспечение минимума приведенных затрат по сооружению и эксплуатации, определяемого технико-экономическим сравнением вариантов различных систем, небольшого расхода металла;

строительные обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и инструктивным решениям здания, увязка размещения отопительных элементов со строительными конструкциями;

монтажные обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров;

эксплуатационные простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надежность, безопасность и бесшумность действия;

эстетические хорошая сочетаемость с внутренней архитектурной отделкой помещения, минимальная площадь, занимаемая системой отопления.

Все перечисленные требования важны и их необходимо учитывать при выборе системы отопления. Однако среди них можно выделить главное требование — это надежное обеспечение требуемых санитарно-гигиенических условий в течение всего срока эксплуатации зданий.

Система отопления представляет собой комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Каждая система отопления (рисунок 3.1) включает в себя три основных элемента: теплогенератор, служащий для получения теплоты и передачи ее теплоносителю, системы теплопроводов 2 для транспортировки по ним теплоносителя от теплогенератора к отопи-тельным приборам и отопительных приборов 3, передающих теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения.

Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков:

1. По взаимному расположению основных элементов системы отопления подразделяются на центральные и местные.

2. По виду теплоносителя, передающего теплоту отопительными приборами в помещения, центральные системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные (например, пароводяные, паровоздушные и др.).

З. По способу циркуляции теплоносителя центральные и местные системы водяного и воздушного отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией

за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя и системы с искусственной циркуляцией за счет работы насоса. Центральные паровые системы имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара.

4. По параметрам теплоносителя центральные водяные и паровые системы подразделяются на водяные низкотемпературные с водой, нагретой до 100°С и высокотемпературные с температурой воды более 100 °С; на паровые системы низкого (р—0,1—0,17 МПа), высокого (р = 0,17—0,3 МПа) давления и вакуум-паровые с давлением р<0,1 МПа.

Контрольные вопросы:

1. Какие требования предъявляют к системе отопления

2. По каким признакам классифицируют системы отопления

Рекомендуемая литература

3. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. – 735 с., ил.

Лекция 8

Тема: Системы водяного отопления.

Системы парового отопления (2 часa)

План лекции

1. Устройство и принцип действия водяного отопления

2. Классификация систем водяного отопления

3. Свойство пара как теплоносителя в системах отопления

Водяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение. Вода, нагретая в теплогенераторе (например, котле или другом источнике тепловой энергии) до температуры tТ поступает через теплопровод — главный стояк в подающие магистральные теплопроводы (соединительные трубы между главным стояком и подающими стояками). По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки (соединительные трубы между подающими магистралями и подающими подводками к отопительным приборам). Затем по подающим подводкам (соединительным трубам между стояками и отопительными приборами) горячая вода поступает в отопительные приборы, через стенки которых теплота передается воздуху помещения. Из отопительных приборов охлажденная вода с температурой tо по обратным подводкам, обратным стоякам и обратным магистральным теплопроводам возвращается в теплогенератор, где она снова подогревается до температуры tr, и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

Система водяного отопления гидравлически замкнута и имеет определенную вместимость отопительных приборов, теплопроводов, арматуры, т. е. постоянный объем заполняющей ее воды. При повышении температуры воды она расширяется и в замкнутой заполненной водой системе отопления внутреннее гидравлическое давление может превысить механическую прочность ее элементов. Чтобы этого не произошло, в системе водяного отопления имеется расширительный бак, предназначенный для вмещения прироста объема воды при ее нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу как при заполнении системы водой, так и в период ее эксплуатации (в случае открытого расширительного бака). Для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к ним устанавливают регулировочные краны.

Классификация систем водяного отопления проводится по следующим основным признакам.

По способу создания циркуляции водяные системы подразделяют на системы с естественной циркуляцией и с искусственной, по схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь системы водяного отопления подразделяются на двухтрубные и однотрубные; по направлению объединения отопительных приборов как двухтрубные так и однотрубные могут быть вертикальные и горизонтальные; по месту расположения подающих и обратных магистралей системы подразделяют на системы с верхним и нижним расположением обеих магистралей; по направлению движения воды в подающих и обратных магистралях системы подразделяют на тупиковые и с попутным движением воды

В системах парового отопления используется свойство пара при конденсации выделять скрытую теплоту фазового превращения. При конденсации в нагревательном приборе 1 кг пара помещение получает около 2260 кДж теплоты.

По сравнению с системами водяного отопления системы парового отопления имеют следующие преимущества:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10