Инженерные системы (стр. 5 из 14)

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:

гдеl— 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 Fподсчитывается как F_cv=nd_cpl, где d_cv— 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 РейнольдсаRe 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

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.