Работаете в энергетике? Присоединяйтесь к нашему сообществу http://www.rosteplo.ru/soc/registration

Вы можете редактировать страницы энциклопедии

Теплопроводность

Материал из РосТепло Энциклопедия теплоснабжении
Перейти к: навигация, поиск
← Теплопередача Содержание Конвекция →


Содержание раздела

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/dτ= - λF*dt/dl,

где: dQ/dτ – скорость перехода тепла (количество тепла за единицу времени); F – площадь сечения, нормального к направлению теплового потока; dt/dl – изменение температуры в направлении теплового потока, т.е. температурный градиент.

Коэффициент λ выражается в Вт/м⋅К (ккал/м⋅час⋅град), называется коэффициентом теплопроводности, он зависит от физико-химических свойств материала и температуры материала. Коэффициент λ 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 = λ (t1 – t2)/S , Вт (ккал/час).


Коэффициент теплопередачи здесь будет равен λ/S , т.е. он прямо пропорционален коэффициенту теплопроводности λ 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 Сρ, характеризующей аккумулирующую способность, отношение которых называется коэффициентом температуропроводности:


a = λ/Сρ , м2/час.


Для процессов нестационарной теплопроводности коэффициент температуропроводности «а» имеет такое же значение, как коэффициент теплопроводности «λ» при стационарном режиме теплопередачи.

Продолжительность прогрева стенки с достаточной для технических расчетов точностью можно определить по формуле Грум-Гржимайло:


τ ≈ 0,35 S2 /a, час, где: S – толщина стенки; а – коэффициент температуропроводности (для шамота 0,0015–0,0025 м2/час).

Продолжительность прогрева кладки из шамотного огнеупорного кирпича: τ ≈ 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 ⋅ √τ, 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 ⋅ τ , ккал/м2 ⋅ период.


QАКК. = 2,345 ⋅ tПОВ. √tП.СР ⋅ τ , кДж/м2 ⋅ период.

Здесь tПОВ. – температура поверхности стенки в °С к концу периода нагрева; τ – час.


Таблица 7.15. Теплопроводность металлов, значения ë даны в Вт/м ⋅ К (ккал/м ⋅ ч ⋅ град)



Металлы и сплавы Температура
плавления, °С
Температура, °С
0 100 200 300 400 500
1 2 3 4 5 6 7 8
Алюминий
659
202,4
(174)
204,7
(176)
214,6
(184,5)
230,3
(198)
248,9
(214)
-
Железо
1535
60,5
(52,0)
55,2
(47,5)
51,8
(44,5)
48,4
(41,6)
45,0
(38,7)
39,8
(34,2)
Латунь
940
96,8
(83,2)
103,8
(89,2)
108,9
(93,6)
114,0
(98,0)
115,5
(99,3)
-
Медь
1080
387,3
(333)
376,8
(324)
372,2
(320)
366,4
(315)
508,6
(312)
358,2
(308)
Никель
1450
62,2
(53,5)
58,5
(50,3)
57,0
(49)
55,2
(47,5)
-
-
Олово
231
62,2
(53,5)
58,5
(50,3)
57,0
(49)
-
-
-
Свинец
327
34,5
(29,7)
34,5
(29,7)
32,9
(28,3)
31,2
(26,8)
-
-
Серебро
960
418,7
(360)
411,7
(354)
-
-
-
-
1 2 3 4 5 6 7 8
Сталь (1%С)
1500
-
44,9
(38,6)
44,9
(38,6)
43,3
(37,2)
39,8
(34,2)
38,0
(32,7)
Тантал
2900
55,2
(47,5)
-
-
-
-
-
Цинк
419
112,2
(96,5)
110,5
(95,0)
107,1
(92,1)
101,9
(87,6)
93,4
(80,3)
-
Чугун
1200
50,1
(43,1)
48,4
(41,6)
-
-
-
-
Чугун высококремнистый
1260
51,9
(44,6)
-
-
-
-
-
Висмут
271,3
8,1
(7,0)
6,7
(5,8)
-
-
-
-
Золото
1063
291,9
(251,0)
294,2
(253,0)
-
-
-
-
Кадмий
320,9
93,0
(80,0)
90,5
(77,8)
-
-
-
-
Магний
651
159,3
(137)
-
-
-
-
-
Платина
1769,3
69,5
(59,8)
72,4
(62,3)
-
-
-
-
Ртуть
- 38,87
6,2
(5,35)
9,87
(8,33)
-
-
-
-
Сурьма
630,5
18,4
(15,8)
16,7
(14,4)
-
-
-
-
Константан
(60%Cu + 40%Ni)
22,7
(19,5)
26,7
(23,0)
-
-
-
-
Манганин
(84%Cu + 4%Ni +
+ 12%Mn)
22,1
(19,0)
26,3
(22,6)
-
-
-
-
Никелевое серебро
29,1
(25,0)
37,2
(32,0)
-
-
-
-


Таблица 7.16. Коэффициенты теплопроводности воздуха, водяного пара и воды, Вт/м ⋅ К (ккал/м ⋅ ч ⋅ град)



Среда Температура °С
0 100 200 300 500
Воздух
0,0237
(0,0204)
0,03
(0,0259)
0,0365
(0,0314)
0,0420
(0,0361)
0,0526
(0,0452)
Водяной пар
-
0,0234
(0,0201)
0,03
(0,0258)
0,0366
(0,0315)
-
0 20 30 70 100
Вода
0,558
(0,48)
0,597
(0,513)
0,644
(0,554)
0,663
(0,57)
0,682
(0,586)


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.



Таблица 7.17. Предельные толщины тепловой изоляции для трубопроводов, прокладываемых в помещениях и на открытом воздухе



Диаметр условного прохода, мм Предельная толщина, мм Диаметр условного прохода, мм Предельная

толщина, мм

10
25
40
50
100
40
60
80
160
160
200
250
300
350
400
500
180
180
200
200
200
220



Таблица 7.18. Предельные толщины тепловой изоляции для водяных теплопроводов, прокладываемых в непроходных каналах



Диаметр условного прохода , мм Предельная толщина, мм
100

200

300

400

От 500 до 1000

90

100

100

110

120



Таблица 7.19. Нормы тепловых потерь изолированными поверхностями внутри помещений электростанций с расчетной температурой воздуха 25° С, Вт/м



Наружный диаметр трубы ,мм
Температура теплоносителя, °С
Наружный диаметр трубы ,мм
50 75 100 125
150
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
20
32
48
57
76
89
108
133
12
14
15
16
17
19
26
31
19
23
26
28
30
32
38
47
27
33
36
38
43
45
52
62
35
41
46
50
57
61
68
76
43
50
57
62
68
72
79
88
58
68
76
84
91
95
105
117
74
86
98
105
115
122
130
146
90
105
119
126
140
147
159
177
105
122
138
149
164
173
186
205
121
139
158
169
188
198
212
234
136
158
170
192
218
225
238
263
152
175
199
213
236
250
264
291
168
194
221
235
262
275
291
331
183
213
242
255
285
300
318
349
20
32
48
57
76
89
108
133
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
159
194
219
273
325
377
426
478
529
630
720
820
920
1020
1420
1820
2000
Плоская стенка, м2
36
40
44
49
52
58
62
70
77
95
110
128
157
174
244
308
337
58
52
58
60
69
76
81
87
96
105
128
145
168
192
221
303
372
425
68
70
77
81
91
99
107
114
127
139
163
186
209
238
262
349
431
447
76
84
93
99
110
121
130
139
155
169
198
221
256
279
308
407
500
570
85
98
108
116
129
142
152
163
180
198
227
256
279
320
349
465
580
630
93
130
144
154
166
186
204
221
238
256
294
325
366
400
430
582
700
768
110
163
178
192
213
233
254
273
294
314
360
395
448
483
523
680
837
907
127
193
212
228
254
279
303
326
353
379
430
470
518
558
610
790
965
1045
144
213
247
264
295
324
349
374
406
435
495
547
600
645
700
910
1090
1190
160
256
282
302
336
369
400
430
465
500
565
616
675
727
780
998
1230
1340
178
287
318
337
375
413
448
482
520
558
628
686
750
808
866
1130
1245
1475
195
318
350
371
416
460
498
536
577
618
700
762
825
885
948
1235
1485
1630
210
349
384
410
458
505
547
586
633
680
767
830
900
970
1035
1340
1625
1750
228
378
416
445
498
550
598
645
693
738
825
900
975
1045
1115
1450
1740
1910
244
159
194
219
273
325
377
426
478
529
630
720
820
920
1020
1420
1820
2000
Плоская стенка, м2


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

Личные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты