Сурнин 1x - Сибирский федеральный университет

УДК 652.49
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕЖДУ
ПОВЕРХНОСТЯМИ ТРУБЫ КОТЛА
Сурнин Э.Г.
Научный руководитель д-р техн. наук Емельянов Р.Т.
Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
Для оценки уровня напряжений в слое различных отложений,
возникающих при водяной обдувке, и последующей сравнительной оценки
локальной эффективности очистки водой топочных экранов, автором
решалась нестационарная задача теплопроводности и термоупругости. Для
решения этой задачи возникла необходимость в данных по теплофизическим
свойствам отложений. Расчет изменения температур по толщине отложений
в момент обдувки позволяет определить уровень снижения «термошоков»,
значения которых используются при расчете ресурса труб. Данные по
теплофизическим свойствам отложений, кроме того, используются для
определения характеристик загрязненных температурных вставок,
применяемых при исследованиях и в системах диагностики шлакования и
загрязнения поверхностей нагрева [1].
Распределение
температуры
между
поверхностями
трубы,
разделяющими теплоносители осуществляется в соответствии между
результирующим коэффициентом теплопередачи U и индивидуальными
термическими сопротивлениями, обусловленными твердой стенкой,
разделяющей две жидкости (если она имеется), отложениями загрязнений,
которые могут прилипать к поверхностям стенкн, и текущими с малой
скоростью пристенными слоями жидкости, контактирующими с указанными
отложеннямн или, если они отсутствуют, непосредственно со стенкой
(рисунок).
Рисунок - Распределение температуры в окрестности стенки трубы на
ее внутренней и внешней поверхности
На рисунке показаны изменения в степени наклона профиля
температуры на различных участках. Эти изменения происходят в точках а
(внутренняя поверхность внутренних отложений), b (наружная поверхность
внутренних отложений и одновременно внутренняя поверхность стенки
трубы), с (наружная поверхность стенки трубы и одновременно внутренняя
поверхность наружных отложений) и d (наружная поверхность наружных
отложений). Температуры жидкостей лежат выше Т1 и ниже Т2, поскольку
Т1 и Т2 определены как среднемассовые [2]. При этом каждый элемент
сечения взят с весом, равным удельной теплоемкости, умноженной на
местную массовую скорость. Таким образом
∫ с𝜌𝑢𝑇𝑑𝑆
)
∫ 𝜌𝑢𝑐𝑑𝑆
Т=(
Усреднение ведется по всему поперечному сечению каждого из
каналов. Пусть
a1a и ad2 представляют коэффициенты теплоотдачи
соответственно с внутренней и внешней сторон трубы; ааb и acd —
коэффициенты переноса теплоты в слоях отложений, а аbс — коэффициент
переноса теплоты в стенке самой трубы. Коэффициенты могут быть
рассчитаны по одной из формул, и определяются толщиной
соответствующего материала и его теплопроводностью:
𝜆аб
ааб =
𝛿аб
𝜆бс
авс =
𝛿бс
𝜆сд
асд =
𝛿бс
Для поверхности А коэффициент теплоотдачи получим
𝑈𝐴(𝑇1 − 𝑇2) = 𝛼1𝑎𝐴1𝑎(𝑇1 − 𝑇𝑎) = 𝛼𝑎𝑏𝐴𝑎𝑏(𝑇𝑎 − 𝑇𝑏) = 𝛼𝑏𝑐𝐴𝑏𝑐(𝑇𝑏 −
𝑇𝑐) = 𝛼𝑐𝑑𝐴(𝑇𝑐 − 𝑇𝑑) = 𝛼𝑑2𝐴𝑑2(𝑇𝑑 − 𝑇2)
Здесь Aab, Abc, Acd - среднеарифметические внутренней н внешней
поверхностей рассматриваемых материалов; А1а и Ad2 - площади
поверхностей, соответствующих точкам a и d.
Исключая в уравнениях Та, Тb, Тс и Td, получаем соотношение между
коэффициентом теплопередачи U и индивидуальными коэффициентами
теплоотдачи:
𝑈=(
𝐴
𝐴
𝐴
𝐴
𝐴
+
+
+
+
)
𝛼1𝑎𝐴1𝑎 𝛼𝑎𝑏𝐴𝑎𝑏 𝛼𝑏𝑐𝐴𝑏𝑐 𝛼𝑐𝑑𝐴𝑐𝑑 𝛼𝑑2𝐴𝑑2
−1
Величина, обратная произведению UА, является результирующим
сопротивлением передаче теплоты, которое равно сумме индивидуальных
термических сопротивлений. При передаче теплоты через плоскую стенку
площадь всех поверхностей одинакова. Тогда уравнение сводится к
соотношению площадей всех поверхностей.
𝑈=(
1
𝛼1𝑎
+
1
𝛼𝑎𝑏
+
1
𝛼𝑏𝑐
+
1
𝛼𝑐𝑑
+
1
𝛼𝑑2
)
−1
Это соотношение характерно для цилиндрических теплопередающих
поверхностей в качестве теплопередающей поверхности, к которой относятся
все коэффициенты теплоотдачи. При этом произвольно выбирается одна из
поверхностей теплоотдачи.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ананьев А.И., Хоров О.А., Евсеев Л.Д., Ухова Т.А., Ярмаковский В.Н.
Теплотехнические показатели строительных материалов и конструкций
// Строительный эксперт. - 2005. - №16(203). - С. 17-23.
2. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические
основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): учеб.
для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1982.