-Все возможности редактирования доступны только зарегистрированным пользователям сайта РосТепло.ру.
Теплопроводность
| ← Теплопередача | ↑ Содержание | Конвекция → |
Теплопроводность обусловлена зависящими от местной температуры движениями микроструктурных элементов. В жидкостях и газах микроструктурными движениями являются беспорядочные молекулярные движения, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры. В твердых металлах при средних температурах передача тепла происходит вследствие движения свободных электронов. В неметаллических твердых телах теплопроводность осуществляется упругими акустическими волнами, образующимися вследствие смещений всех молекул и всех атомов из их равновесных положений. Выравнивание температуры из-за теплопроводности понимают, как переход к беспорядочному распределению накладывающихся друг на друга волн, при котором распределение энергии колебаний равномерно во всем теле. В практических условиях теплопроводность в наиболее чистом виде наблюдается в твердых телах.
В основе теории теплопроводности лежит закон Фурье, связывающий перенос тепла внутри тела с температурным состоянием в непосредственной близости от рассматриваемого места – выражается следующим образом:
dQ dt
= - ëF ,
dô dé
где: dQ/dô – скорость перехода тепла (количество тепла за единицу времени); F – площадь сечения, нормального к направлению теплового потока; dt/dé – изменение температуры в направлении теплового потока, т.е. температурный градиент.
Коэффициент ë выражается в Вт/м⋅К (ккал/м⋅час⋅град), называется коэффициентом теплопроводности, он зависит от физико-химических свойств материала и температуры материала. Коэффициент ë показывает сколько тепла пойдет в час через материал поверхностью в 1 м2, толщиной в 1 м при разности температур в 1°. В табл. 7.15; 7.16 приведены значения коэффициентов теплопроводности металлов, воздуха, водяного пара, воды при различных температурах. Теплопроводность огнеупоров и теплоизоляционных материалов см. раздел 10.
Воздух проводит тепло примерно в 100 раз меньше, чем твердые тела. Вода проводит тепло примерно в 25 раз больше, чем воздух. Влажные материалы проводят тепло лучше, чем сухие. Наличие примесей, особенно в металлах, может вызвать изменение теплопроводности на 50–75%.
Стационарная теплопроводность. Теплопроводность называется стационарной, если вызвавшая ее разность температур ∆t сохраняется неизменной.
Количество тепла Q, прошедшее через материал (стенку) путем теплопроводности, зависит от толщины материала (стенки) – S, м; разности температур ∆t,°С; поверхности – F, м2 и определяется уравнением:
Q = ë (t1 – t2), Вт (ккал/час).
S
Коэффициент теплопередачи здесь будет равен ë , т.е. он прямо пропорционален
S
коэффициенту теплопроводности ë и обратно пропорционален толщине стенки – S.
Нестационарная теплопроводность. Теплопроводность называется нестационарной, если вызывающая ее разность температур ∆t является величиной переменной.
Скорость прогрева твердых тел прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности материала ë и обратно пропорциональна объемной теплоемкости Сñ, характеризующей аккумулирующую способность, отношение которых называется коэффициентом температуропроводности:
a = ë , м2/час.
Сñ
Для процессов нестационарной теплопроводности коэффициент температуропроводности «а» имеет такое же значение, как коэффициент теплопроводности «ë» при стационарном режиме теплопередачи.
Продолжительность прогрева стенки с достаточной для технических расчетов точностью можно определить по формуле Грум-Гржимайло:
ô ≈ 0,35 S2 , час,
a
где: S – толщина стенки; а – коэффициент температуропроводности (для шамота 0,0015–0,0025 м2/час).
Продолжительность прогрева кладки из шамотного огнеупорного кирпича: ô ≈ 175 ⋅ S2, час.
Глубину прогрева стенки любой толщины и при любом изменении температуры поверхности можно определить по формуле:
SПР = 0,17 ⋅ 10-3 tП.СР ⋅ √ô, м,
где: tП.СР – средняя температура поверхности за период нагрева в °С.
Если SПР будет больше, чем толщина материала (стенки) S, то наступает стационарный процесс. Если SПР < S, то количество тепла, аккумулированное стенкой QАКК. можно определить по формуле Грум-Гржимайло:
QАКК. = 0,56 ⋅ tПОВ. √tП.СР ⋅ ô , ккал/м2 ⋅ период.
QАКК. = 2,345 ⋅ tПОВ. √tП.СР ⋅ ô , кДж/м2 ⋅ период.
Здесь tПОВ. – температура поверхности стенки в °С к концу периода нагрева; ô – час.
| Металлы и сплавы | Температура
|
Температура, °С | |||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| Среда | Температура °С | ||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 500 | |
| |
|
|
|
|
|
| |
- | |
|
|
- |
| |
0 | 20 | 30 | 70 | 100 |
| |
|
|
|
|
|
Для определения теплопотерь через стены топки, через неэкранированные стены котла и для определения температур наружной поверхности используют графики и диаграммы см. Приложения.
Нормы тепловых потерь и предельные толщины тепловой изоляции приведены в таблице 7.17; 7.18; 7.19.
| Диаметр условного прохода, мм | Предельная толщина, мм | Диаметр условного прохода, мм | Предельная
толщина, мм |
| |
|
|
|
| Диаметр условного прохода , мм | Предельная толщина, мм |
| 100
200 300 400 От 500 до 1000 |
90
100 100 110 |
| |
Температура теплоносителя, °С | | |||||||||||||
| 50 | 75 | 100 | 125 | |
200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание:
Для оборудования и трубопроводов, работающих на отборах пара и дренажах, значения, полученные по таблице, умножают на следующие коэффициенты:
Диаметр, мм 32 108 273 720 1020 2000 (и плоская стенка)
Коэффициент 1,01 1,06 1,09 1,12 1,16 1,22
