Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химических технологиях
         

Рассчитать теплопотери ванны плавильной печи


Рассчитать теплопотери ванны плавильной печи в окружающую среду через изоляционное ограждение.
Дано: Температура расплава шихты:
 К;
температура воздуха снаружи:
 К;
 коэффициент теплоотдачи от расплава к внутренней
 поверхности 1:
 
 ;
коэффициент теплоотдачи от расплава к внешней
поверхности ограждения 3 к воздуху :
 
 ;
 
.
Дополнительные условия к задаче:
Внутренний слой изоляции:
Материал – бакор (цирконистый бадделитовый огнеупор).
Промежуточный слой изоляции:
 шамотный огнеупор.
Внешний слой изоляции:
 диатомовая панель.
Решение.
1) Коэффициент теплопередачи от расплава к воздуху:
 
.
2) Теплопотери ванны плавильной печи в окружающую среду.
 Вт.


3) Вычислить долю теплопотерь от энего затрат ,если
            производительность печи:
 кг/ч;
            температура сырья:
 К;
удельная теплоемкость шихты:
 
;
удельная массовая теплота плавления шихты:
 
.
Доля теплопотерь:
.
 

 
 Вт,
 %.
Надо увеличить толщину слоя 3 или обернуть стекловолокном.

Определить состав горючей массы кизеловского


Определить состав горючей массы кизеловского угля марки Г, если состав его рабочей массы:
%;
 % ;
%;
 % ;
 %; зольность сухой массы
 %  и влажность рабочая
 % .
            Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета (табл. 1.1), определяем зольность рабочей массы топлива
           
%,
и находим состав рабочей массы топлива (табл. 1.1.):
           
           
%;
           
%;
           
%;
           
%;
           
%;
Для проверки точности вычислений найдем сумму составляющих элементов рабочей массы топлива:
 

массы эстонских сланцев, если состав


Определить состав горючей   массы эстонских сланцев, если состав их рабочей массы:
%;
 % ;
%;
 % ;
 %;
 %;
 % и 
%.
            Решение: По формуле (1.4) находим коэффициент пересчета состава топлива с горючей массы на рабочую
 
.
Тогда
 
 %;
 
 %;
           
 %;
           
 %;
 
 %.
            Проверим точность вычислений:
           
%.
   

В топке котла сжигается смесь,


В топке котла сжигается смесь, состоящая из 800 гк кузнецкого угля марки Д состава:
%;
 % ;
%;
 % ;
 %;
 %;
 % и 1200 кг кузнецкого угля марки Г состава:
%;
 % ;
%;
 % ;
 %;
 %;
 %. Определить состав рабочей смеси.
            Решение: Массовую долю одного из топлив смеси определяем по формуле (1.8):
           
.
            Состав рабочей смеси находим, пользуясь уравнениями (1.7):
           
 %;
           
 %;
           
 %;
           
 %;
           
 %;
           
 %;
           
 %.
Проверим точность вычислений:
%.
1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА   
           
            Теплота сгорания топлива. Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты в кДж, выделяемой при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива.
            Для твердого и жидкого топлива различают теплоту сгорания высшую
 (кДж/кг) и низшую
 (кДж/кг).  
            Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей , горючей и сухой массы твердого (жидкого) топлива связаны выражениями:
           
;                                                                                          (1.9)
;                                                                                                     (1.10)
;                                                                                                     (1.11)
Тепловые расчеты котлов выполняют, пользуясь низшей теплотой сгорания рабочей массы топлива:
низшая теплота сгорания (кДж/кг) рабочей массы твердого и жидкого топлива
 
,                                                    (1.12)
где 
 - содержание элементов в рабочей массе топлива, %;
            низшая теплота сгорания (кДж/м3) газообразного топлива
           
    (1.13)
где
 и т.д.  – объемное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива, %.
            При пересчете низшей теплоты сгорания пользуются следующими формулами:
            с горючей массы на рабочую и обратно
           
;                                                                            (1.14)

Определить низшую теплоту сгорания горючей


Определить низшую теплоту сгорания горючей и сухой массы кузнецкого угля марки Т, если известны его низшая теплота сгорания рабочей массы
 кДж/кг, зольность сухой массы
% и влажность рабочая
%.
            Решение: Пользуясь коэффициентом пересчета (табл. 1.1), определяем зольность рабочей массы топлива
             
%.
Пересчет низшей теплоты сгорания топлива с рабочей массы на горючую осуществляется по формуле (1.15):
           
 кДж/кг;
пересчет низшей теплоты сгорания топлива с рабочей массы на сухую осуществляется по формуле (1.17):
           
 кДж/кг.

и высшую теплоту сгорания горючей 


Определить низшую и высшую теплоту сгорания горючей  массы высокосернистого мазута, если известны следующие величины
 кДж/кг;
 %;
 %;
%.
            Решение: Содержание водорода в горючей массе определяем, пользуясь коэффициентом пересчета (табл. 1.1):
   
 %.
            Низшая теплота сгорания горючей массы топлива, по формуле (1.15), 
 кДж/кг;
Высшая теплота сгорания, по формуле (1.10),
 кДж/кг.
  

Определить низшую теплоту сгорания сухого


Определить низшую теплоту сгорания сухого природного газа Саратовского месторождения состава:
%;
%;
%;
%;
%;
%;
 %.
            Решение: низшая теплота сгорания (кДж/м3) газообразного топлива определяется по формуле (1.13):
           
   
Объём воздуха. Объём и масса продуктов сгорания
Объём воздуха необходимый для сгорания топлива. Теоретический (при коэффициенте избытка воздуха в топке ?
=1) объём сухого воздуха (м
/кг), необходимый для полного сгорания 1 кг твёрдого или жидкого топлива, определяется по формуле
                                                                   (1.27)
Теоретический объём воздуха (м
/м
), необходимый для полного сгорания 1 м

сухого газообразного топлива, определяется по формуле
                      (1.28)
В формуле (1.27) содержание элементов топлива выражается в процентах на 1 кг массы топлива, а в (1.28) содержание горючих газов CO, H
, H
S, CH
и т.д. – в процентах по объёму.
Для сгорания смеси двух твёрдых, жидких или газообразных топлив теоретический объём сухого воздуха определяется по формуле
                                                                                                      (1.29)
где
 - массовая доля одного из топлив в смеси.
Действительный объём воздуха (м
/кг, м
/м
), поступивший в топку определяется по формуле
                                                                                                                             (1.30)
где ?
- коэффициент избытка воздуха в топке.
Состав и объём продуктов сгорания. При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: CO
; SO
; N
; O
и пары воды Н
О, т.е.
%
Полный объём продуктов сгорания V

(м
/кг) представляет собой сумму объёмов сухих газов V
и водяных паров V
:
                                                                                                                       (1.31)
при этом

где
 - объём трёхатомных газов, м
/кг;
 - объём двухатомных газов, м
/кг.
Для твёрдых (кроме сланцев) и жидких топлив теоретические объёмы (м
/кг) продуктов полного сгорания при ?
=1 определяются по формулам:


объём двухатомных газов
;                                                                                                      (1.32)
объём трёхатомных газов
;                                                                                            (1.33)
объём сухих газов
;                                     (1.34)
объём водяных паров
;                                                                           (1.35)
полный объём продуктов сгорания
                                   (1.36)
Для сланцев объём трёхатомных газов определяется по формуле
          (1.37)
где К – коэффициент разложения карбонатов:  при слоевом сжигании К=0.7, при камерном – 1.0.
Для газообразного топлива теоретические объёмы продуктов сгорания (м
/ м
) при ?
=1 определяются по формулам:
объём двухатомных газов
;                                                                                                              (1.38)
объём трёхатомных газов
;                                                                      (1.39)
объём сухих газов
;                     (1.40)
объём водяных паров
;                                        (1.41)
где
 - влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м

сухого газа, г / м
.
полный объём продуктов сгорания
                    (1.42)
Для твёрдых (кроме сланцев), жидких и газообразных топлив объёмы продуктов полного сгорания (м
/кг) при ?
>1 определяются по формулам:
объём сухих газов
;                                                             (1.43)
объём водяных паров
;                                                                                         (1.44)
полный объём продуктов сгорания определяется по формуле (1.31)
Для сланцёв полный объём продуктов сгорания (м
/кг) при ?
>1 определяется по формуле:
.              (1.45)

Определить объём продуктов полного сгорания


Определить объём продуктов полного сгорания на выходе из топки, а так же теоретический и действительный объём воздуха, необходимый для сгорания 1 м
природного газа Ставропольского месторождения состава: CO
=0.2 %; CH
=98.2 %; C
H
=0.4 %; C
H
=0.1 %; C
H
=0.1 %; N
=1.0 %. Коэффициент избытка воздуха ?
=1.2.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м
топлива

 м
/м

2. Определение действительного объёма воздуха
 м
/м

3. Определение объёма сухих газов
 
=10.38432 м
/м

3. Определение объёма водяных паров при ?
=1.2
 м
/м

4. Определение объёма продуктов полного сгорания
 м
/м

Ответ:
 м
/м

            
 м
/м

            
м
/м


и действительный объём воздуха, необходимые


Определить теоретический и действительный объём воздуха, необходимые для слоевого сжигания 1000 кг донецкого угля марки Г состава: С
=55.2 %; H
=3.8 %; S
=3.2 %; N
=1.0 %; O
=5.8 %; A
=23.0 %; W
=8.0 %. Коэффициент избытка воздуха ?
=1.3.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива

=5.8378 м
/кг = 5837.8 м
/ т
2. Определение действительного объёма воздуха
 м
/ т
Ответ:
 м
/ т;
 м
/ т

Определить объём воздуха, необходимый для


Определить объём воздуха, необходимый для сжигания 800 кг/ч ленгерского  угля марки  Б3 состава: С
=45.0 %; H
=2.6 %; S
=1.7 %; N
=0.4 %; O
=9.9 %; A
=11.4 %; W
=29.0 %, и 500 кг/ч экибазтузского угля марки СС состава: С
=43.4 %; H
=2.9 %; S
=0.8 %; N
=0.8 %; O
=7.0 %; A
=38.1 %; W
=7.0 % при коэффициентах избытка воздуха в топочной камере соответственно ?
=1.4 и 1.3.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг ленгерского угля марки Б3

=4.426 м
/ кг
2. Определение действительного объёма воздуха
 м
/  кг
3. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг экибазтузского угля марки СС

=4.4294 м
/ кг
4. Определение действительного объёма воздуха
 м
/  кг
5. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания смеси газов
 м
/ ч
6. Определение действительного объёма  воздуха,  необходимого  для полного  сгорания смеси газов
м
/ ч
Ответ: 
 м
/ ч
             
м
/ ч

и действительный объём воздуха, необходимые


Определить теоретический и действительный объём воздуха, необходимые для сжигания 2000 м
/ ч природного газа Ставропольского месторождения состава: CO
=0.5 %; CH
=92.8 %; C
H
=2.8 %; C
H
=0.9 %; C
H
=0.4 %; C
H
=0.1 %;   N
=2.5 % и 1000 м
/ ч природного газа Ленинградского месторождения состава:  CO
=0.1 %; CH
=89.7 %; C
H
=5.2 %; C
H
=1.7 %; C
H
=0.5 %; C
H
=0.1 %;   N
=2.7 % при коэффициентах избытка воздуха в топочной камере соответственно ?
=1.15 и 1.1.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м
природного газа Ставропольского месторождения

 м
/м

2. Определение действительного  объёма  воздуха,  необходимого  для полного  сгорания 1 м
природного газа Ставропольского месторождения
 м
/м

3. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м
природного газа Ленинградского месторождения

 м
/м

4. Определение действительного  объёма  воздуха,  необходимого  для полного  сгорания 1 м
природного газа Ленинградского месторождения
 м
/м

5. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания смеси газов
 м
/ ч
6. Определение действительного объёма  воздуха,  необходимого  для полного  сгорания смеси газов
м
/ ч
Ответ: 
 м
/ ч
             
м
/ ч

В топке котла сжигается 600


В топке котла сжигается 600 м

природного газа Угерского месторождения состава: CO
=0.2 %; CH
=98.5 %; C
H
=0.2 %; C
H
=0.1 %; N
=1.0 %. Определить объём продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха ?
=1.15.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м
топлива

 м
/м

2. Определение объёма сухих газов
 
=9.872261 м
/м

3. Определение объёма водяных паров при ?
=1.15
 м
/м

4. Определение объёма продуктов полного сгорания
 м

Ответ:
 м


В топке котла сжигается 2000


В топке котла сжигается 2000 кг/ч малосернистого мазута состава: С
=84.65 %; H
=11.7 %; S
=0.3 %;  O
=0.3 %; A
=0.05 %; W
=3.0 %. Определить, на сколько был увеличен объём подаваемого в топку воздуха, если известно, что при полном сгорании топлива содержание RO
в дымовых газах снизилось с 15 до 12 %.
Решение:
1. Определение объёма трёхатомных газов
 м
/ кг
2. Определение объёма продуктов сгорания топлива
   
 м
/ ч
   
 м
/ ч
3. Определение увеличения объёма подаваемого в топку воздуха
 м
/ ч
Ответ:
 м
/ ч
Энтальпия продуктов сгорания и воздуха
Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг, кДж/м
) 1 кг твёрдого, жидкого или 1 м

газообразного топлива определяется как суммы энтальпий продуктов сгорания I

при ?
=1, избыточного воздуха
 и золы I

(если А
>1.43
), т.е.
                                                                                                         (1.60)
Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг, кДж/м
) при ?
=1 и температуре газов ?, ºС определяется по формуле
                                                                      (1.61)
где
,
,
 - теоретические объёмы продуктов сгорания топлива, м
/кг (м
/ м
);
,
,
 - энтальпия углекислоты, азота и водяных паров соответственно, кДж/ м
. 
Энтальпия воздуха (кДж/кг, кДж/м
) при ?
=1 и температуре ?, ºС определяется по формуле
                                                                                                                        (1.62)
где V
- теоретический  объём воздуха,  м
/кг  (м
/ м
);
 -  энтальпия  воздуха,  кДж/ м
. 
Энтальпия золы (кДж/кг)
                                                                                                                  (1.63)
где
 - доля золы топлива, уносимая продуктами сгорания;
 - энтальпия золы , кДж/кг.
Значение энтальпий продуктов полного сгорания топлива, воздуха и золы приведены в табл. 1 [Панкратов Г.П. “Сборник задач по теплотехнике”]

Определить энтальпию продуктов сгорания на


Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при сгорании 1 м
природного газа Газлинского месторождения состава: CO
=0.4 %; CH
=94.0 %; C
H
=2.8 %; C
H
=0.4 %; C
H
=0.3 %; C
H
=0.1 %;   N
=2.0 %, если известно, что температура газов на выходе из топки ?
=1000 ºС. Коэффициент избытка воздуха в топке ?
=1.1.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м
топлива

 м
/м

2. Определение объёма трёхатомных газов
=1.029  м
/м

3. Определение объёма двухатомных газов
 м
/м

4. Определение объёма водяных паров


=2.912226 м
/м

5. Определение энтальпии продуктов сгорания при ?
=1


5. Определение энтальпии воздуха при ?
=1
13845.02168

6. Определение энтальпии продуктов сгорания при ?
=1.1
22716.635738

Ответ:
22716.635738


Определить энтальпию продуктов сгорания на


Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг высокосернистого мазута состава: С
=83.0 %; H
=10.4 %; S
=2.8 %;  O
=0.7 %; A
=0.1 %; W
=3.0 %, если известно, что температура газов на выходе из топки ?
=1100 ºС. Коэффициент избытка воздуха в топке ?
=1.15.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива
=10.2227 м
/кг
2. Определение объёма трёхатомных газов
 м
/кг
3. Определение объёма двухатомных газов
 м
/кг
4. Определение объёма водяных паров

=1.362425 м
/кг
5. Определение энтальпии продуктов сгорания при ?
=1

18963.09993

6. Определение энтальпии воздуха при ?
=1
16305.2065

6. Определение энтальпии продуктов сгорания при ?
=1.15
21408.3880905

Ответ:
21408.3880905


и золы на выходе из


Определить энтальпию избыточного воздуха и золы на выходе из топки при полном сгорании 1 кг донецкого угля  мари  Г состава:  С
=55.2 %; H
=3.8 %; S
=2.8 %; N
=1.0 %; O
=5.8 %; A
=23.0 %; W
=8.0 %, если известно, что температура газов на выходе из топки ?
=1100 ºС, для золы топлива, уносимой продуктами сгорания, ?
=0.85 и приведённая величина уноса золы сжигаемого топлива А
=3.72
. Коэффициент избытка воздуха в топке ?
=1.3.
Решение:
1. Определение теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива
=5.8246 м
/кг
2. Определение энтальпии золы
214.268

3. Определение энтальпии избыточного воздуха при ?
=1.3
2787.0711

Ответ:
214.268

           
2787.0711


В задаче 1. рассчитать температуры


1) В задаче 1. рассчитать температуры
,
,
,
 на границе слоев.
2) Какой должна быть толщина
 внешнего слоя, что бы температура его поверхности снизилась до значения
 К. Во сколько раз изменится количество теплопотерь по сравнению с задачей 1.
 
 .
Решение
Плотность теплового потока:
1) Эффективный коэффициент теплопередачи.
 
.
2) Плотность теплового потока.
 
.
3) Расчет температур на границах слоев.

 К,

 К,
 К,
 К.
Проверка:
 К.
4) Расчет толщины
 внешнего слоя, что бы температура его поверхности снизилась до значения
 К.
 


 Вт/кг,
 - в такое количество раз уменьшится число теплопотерь.


%
%
%
%
11. Составление теплового баланса


или в процентах от располагаемой теплоты топлива
%
   

Определить температуры: Т1 внутренней поверхности



Дано: Рассмотрим ограждение помещения.
 К;
 К;
 
 ;
 
 ;
 
;
кирпич;
стекловолокнит;
керамический кирпич.
Требуется:
1) Определить температуры: Т1 внутренней поверхности ограждения, Т3, Т4 поверхности изоляции.
2)      Найти координату поверхности изоляции, соответствующую началу ее увлажнения, если температура конденсации холодных паров из воздуха помещения равна Тн=286 К (иначе Тн - это температура насыщении воздуха с содержащимися в нем водяными парами, точка росы).
Решение.
1)  Эффективный коэффициент теплопередачи.
 
,
2) Плотность теплового потока.
 
,
3) Расчет температур Т1 внутренней поверхности ограждения и Т3, Т4 поверхности изоляции.
 К,
 К,
 К.
3)      Расчет координаты поверхности изоляции, соответствующей началу ее увлажнения, если температура конденсации холодных паров из воздуха помещения равна Тн=286 К.


 м.

и гидравлическое сопротивление элементов отопительного


Рассчитать термическое и гидравлическое сопротивление элементов отопительного устройства, работающего на газовых продуктах сгорания топлива. Схема установки ниже. 

1 – газоход;
2 – радиаторы охлаждения газа;
3 – жидкостной (водяной) теплообменник;
4 – магистраль циркулирующей жидкости (воды);
5 – насос;
6 – радиатор воздухоподогревателя;
7 – вентилятор;
8 – поток воздуха на входе в радиатор;
9 – поток воздуха на выходе из радиатора 6;
10 – поток газообразных продуктов сгорания топлива на входе в радиатор 2;
11 – то же, на выходе;
12 – направление потока циркулирующей воды.
Дано:
 м;
 м;
 
 ;
 
 ;
 
;
 0С;
0С;
 
 
 ;
 
;
 
;
 
;
;
;
 
;
 
.
Решение.
1)
.
2)
.
3)
 
.
4)

 (
),
,
 К.

В первом приближении:
 Вт,
 К,
 Вт,
 К,
 К,
 Вт,
 К,
 К,


 Вт,
 К,
 Вт/кг,
 
 .
5) Находим водяной эквивалент потока W.
 
 .
6)
 К.

элемента отопительного устройства утилизации теплоты


. Рассчитать термическое сопротивление
 (К/Вт), теплообменника «газ-жидкость»: элемента отопительного устройства утилизации теплоты уходящих газов.
Расчетная схема представлена ниже.
Определить тепловой поток от газа к жидкости:

Использовать формулу для расчета теплоотдачи от газа:
.
 Радиатор охлаждения газа и жидкости . Расчетная схема.
Дано:
Характеристики газа.
 0С температура газа на входе в радиатор;
 кг/ч  массовый расход газа;
Основной компонент газовой  смеси – воздух, используем теплофизические параметры воздуха (определяющая температура:
 0С):
 мм.рт.ст.
 
;
 кг/м3
 м3/с
 
;
;
Характеристики  жидкости.
 кг/ч  массовый расход жидкости;
Нагреваемая жидкость – вода, используем теплофизические параметры воды (определяющая температура:
 0С):
 кг/м3
 м3/с
 
;

Характеристики элементов конструкции.
Материал ребер Al сплав.
 
  - теплопроводность ребра;
 - высота ребра;
 - толщина ребра;
 - межреберный зазор;
 - толщина основания;
 - высота ребра;
 - глубина канала;
 - ширина канала (канал имеет прямоугольную форму).
Решение.
1)Суммарная площадь сечения каналов для прохождения газа.
 - доля зазора.
Доля живого сечения:
 м2.
2)Скорость потока газа.
 м/с.
3)Эквивалентный гидравлический диаметр газового канала.
 м.
4)Число Re для газа.
.
5)Эквивалентный тепловой диаметр газового канала.
 м.
6)Фактор формы канала N.
Течение жидкости не стабилизировано.
Т.к.
, то
.
Фактор формы канала N:
.
7)Относительная длина участка стабилизации.
.
8)Число Nuc при стабилизированного ламинарном течении. Определяем число Nuc для канала прямоугольной формы.
.
9) Средне интегральное число
, с учетом того что Xc<1.
.
10)Среднее значение коэффициента теплоотдачи от газа к поверхности оребрения.

 
.
11)Конвективная поверхность ребер.
 м2.
12)Поверхность основания свободная от ребер.
,
,
,
 м2.
13)Параметр m.
 (1/ м).
14)Эффективность ребер.

 - гиперболический тангенс,
 - гиперболический синус,
 - гиперболический косинус,


, т.е.
,
 (1/ м2).
15)Термическое сопротивление от газа к ребру.
 
.
16)Термическое сопротивление массива снования радиатора.
 
.
17) Площадь сечения канала для прохождения жидкости.
 м2. 
18)Скорость жидкости.
 
.
19)Эквивалентный гидравлический диаметр жидкостного канала.
 
.
20)Число Re для жидкости.
 
.
21)Число Nu для турбулентного режима.
.
22)Эквивалентных тепловой диаметр жидкостного канала.
 м.
23)Коэффициент теплоотдачи от основания радиатора к воде.
 
.
24)Термическое сопротивление радиатора на участке «основание-жидкость».
.
25)Суммарное термическое сопротивление на участке «газ-жидкость».
 
.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Формулы для вычисления лучистого теплового потока
Лучистый теплообмен 2х тел, разделенных лучепрозрачной средой
Тепловой поток при лучистом теплообмене определяется по формуле
 [Вт],
где
 

     
 - приведённая степень черноты;
     

     
 и
 - степени черноты поверхностей;
       Н - взаимная поверхность излучения,
;
       ? - коэффициент облучаемости.

Схема
 Рисунок
 Формула
1. Две параллельные плоскости, размеры которых много больше расстояния между ними.


2. Замкнутая система двух тел.



3. Две бесконечные (L>>a) параллельные пластины одинаковой ширины.



табл. 1

Определить тепловой поток, приходящийся на


Определить тепловой поток, приходящийся на единицу длинны поверхности
, при лучистом теплообмене двух плоскостей с размерами a и L, причём L>>a, при следующих заданных параметрах: степени черноты поверхностей ?
= ?
=0.8; ширина поверхностей а
=а
=а=2м; температуры поверхностей  t
=500 ºС; t
=200 ºС; расстояние между поверхностями h=3м.
Решение:
1. Определение коэффициента облучаемости

 2. Определение приведенной степени черноты

3. Нахождение отношения

      


Ответ: 9154.428054 Вт/м

с одного мера поверхности трубопровода


Найти теплопотери с одного мера поверхности трубопровода при следующих заданных параметрах: температуры поверхностей  t
=500 ºС; t
=30 ºС; черноты поверхностей ?
= 0.8; диаметр трубопровода d=275 мм.
Решение:
Используем расчетную схему №2 (см. табл. 1)
1.  Определение излучающей поверхности трубопровода

2. Определение приведенной степени черноты
   так как
, 
   

3. Определение теплового потока
  

 Вт
Ответ: 13661.486952 Вт

Определить коэффициент теплоотдачи излучением от


Определить коэффициент теплоотдачи излучением от потока газа (СО
) к поверхности труб пароперегревателя при следующих заданных параметрах: средняя температура газа t
=377 ºC, расчётная температура стенок труб пароперегревателя t
=254 ºC, степень черноты стенок труб пароперегревателя
=0.82, расположение труб в пароперегревателе – шахматное, диаметр трубки пароперегревателя D=0.038 м, поперечный  шаг  трубок  S
=96 мм, продольный шаг трубок  S
=100 мм. Давление греющего газа Р=7 а.т.а.
Решение:
Расчётная схема

Решение:
1. Определение эффективной длины пути луча
Так как
, используем следующую формулу:
0.21446м
2. Определение степени черноты газа
      


2. Определение эффективной степени черноты стенки

4.  Определение лучистого теплового потока

838.565403 Вт/ м

5. Определение коэффициента теплоотдачи
6.817605

Ответ:
6.817605


Определить коэффициент теплоотдачи излучением от


Определить коэффициент теплоотдачи излучением от потока газа к поверхности труб пароперегревателя при следующих заданных параметрах: температура газа на входе в пароперегреватель t
=1100 ºC, температура газа на выходе из пароперегревателя t
=800 ºC, температура стенки труб пароперегревателя t
=500 ºC, степень черноты стенок труб пароперегревателя
=0.8, расположение труб в пароперегревателе – шахматное, диаметр трубки пароперегревателя D=0.038 м, поперечный шаг трубок S
=
, продольный шаг трубок S
=
. Состав газа: 10% - СО
, 4% - Н
О, остальное N
и О
, давление газа Р=1 а.т.а.
Решение:
1. Определение эффективной длины пути луча
Так как
, используем следующую формулу:
0.12844м
2. Определение парциальных давлений
атм
атм

 
0.005138

3. Определение расчётной температуры газа
 ºC
4. Определение степени черноты компонентов газа

5. Определение степени черноты газа
           
      
атм  


0.05992
6. Определение
 при температуре стенки (t
)
         
            

0.100724
7. Определение эффективной степени черноты стенки

8.  Определение лучистого теплового потока

5005.570966 Вт/ м

9. Определение коэффициента теплоотдачи
11.123491

Ответ:
11.358909


Пользуясь данными предыдущей задачи, рассчитать


Пользуясь данными предыдущей задачи, рассчитать коэффициента теплоотдачи и лучистый тепловой поток пользуясь упрощенным методом
Решение: 
1. Определение коэффициента ослабления лучей
   
м   
     Т=950+273=1223 К            (см. предыдущую задачу)
 
=3.448771

2. Определение коэффициента ослабления интенсивности лучистого теплопереноса
0.482828
3. Определение степени черноты газа
0.060131
4.  Определение лучистого теплового потока

5769.25593 Вт/ м

5. Определение коэффициента теплоотдачи
12.820569

Ответ:
5769.25593 Вт/ м

            
12.820569

 
 
 
Сборник задач по теплотехнике.
Автор: Г.П. Панкратов.
 (Москва «Высшая школа»1995)
 
ТВЕРДЫЕ, ЖИДКИЕ И ГАЗООБРАЗНЫЕ ТОПЛИВА
 
1.1  СОСТАВ ТОПЛИВА
Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода – С, водорода – Н, летучей серы – Sл=Sор+Sк) и негорючих (азота – N и кислорода - О) элементов и балласта (золы – А, влаги - W).
Газообразные топлива
состоят из горючих (СО, Н2, СН4, СmНn) и негорючих (N2, O2, CO2) газов и небольшого количества водяного пара (Н2О).
            При изучении характеристик твердых и жидких топлив и их состава различают рабочую, горючую и сухую массу. Состав рабочей, горючей и сухой массы обозначается соответственно индексом «р», «г» и «с» и выражается следующими равенствами:
%;                                                              (1.1)
%;                                                                               (1.2)
%;                                                                      (1.3)
В формулах (1.1), (1.2), (1.3) содержание элементов дано в процентах на 1 кг топлива. Коэффициенты пересчета состава топлива их одной массы в другую приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1

Заданная
масса топлива
 Коэффициенты пересчета на массу
рабочую
 горючую
 сухую
Рабочая



Горючая



Сухая




Для сланцев состава (С P, НP, SлP, NР, OР, AР, WР ) пересчет с рабочей массы на горючую осуществляется с помощью коэффициента


,                                                                             (1.4)
Где
 - истинная зольность рабочей массы, %;
 - влажность рабочей массы, %;
 - содержание углекислоты корбонатов, %.
            Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле
,                                                                   (1.5)
где
 - содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива;
 - содержание сульфатной серы в топливе, %.
            Величина
 для ленинградских и эстонских сланцев может быть принята равной 2,0, для кашпирских – 4,1.
            Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении влажности проводится по формулам:
}                                            (1.6)
где
 - начальная влажность топлива, %,
 -конечная влажность топлива, %.
            Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, - первого (
, %;
, %; … ) и второго (
, %;
, %; … ) – определяется по уравнениям:
 }                                   (1.7)
где массовая доля
 одного из топлив в смеси находится по формуле
.                                                                                                          (1.8) 
Здесь 
 и
 - массы топлив, входящих в смесь, кг.