Задачи для самостоятельного решения. Задача № 1.Через кирпичную стену передается теплота
Задача № 1.Через кирпичную стену передается теплота. Известны постоянные температуры на поверхностях стены t1=20 о С и t2 = -10 о С, коэффициент теплопроводности кирпича l=0,14 
, толщина стены d=40 см, площадь изотермической поверхности F=15 м 2 .
Рассчитать:
· плотность теплового потока (q, Вт/м 2 ),
· теплоту, переданную через стену за сутки (Q, Дж),
· координату изотермической поверхности (х0) с температурой t=0 о С.
Ответы выделить. Изобразить схематично график распределения температур по толщине стены.
Задача № 2.Теплота передается через стенку трубы толщиной d=50мм. Известны постоянные температуры на внутренней поверхности трубы
t1= 100 о С и на наружной t2=80 о С, а также коэффициент теплопроводности стенки l=0,2 , внутренний диаметр d1 =50 мм и длина трубы 
=10 м.
Рассчитать:
· линейную плотность теплового потока (ql, Вт/м);
· количество теплоты, передаваемой через стенку трубы за одни сутки (Q, Дж);
· температуру изотермической поверхности в середине стенки трубы (t), т.е. при 
. Сравнить полученную температуру с 
, объяснить причину несовпадения температур t и tср, показать t и tср на графике распределения температур по толщине стенки.
Задача № 3.Теплота передается через плоскую стальную стенку с коэффициентом теплопроводности lс=40 Вт/м×К от дымовых газов к кипящей воде. Толщина стенки dс=25 мм, температура дымовых газов tж1=1200 о С, температура воды tж2=180 о С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке a1=30 
и от стенки к воде a2=4000 .
Определить:
· коэффициент теплопередачи (К, Вт/м 2 ×К) от газов к воде;
· плотность теплового потока, передаваемого через стенку (q, Вт/м 2 );
· температуры на поверхностях стенки со стороны газов (t1) и со стороны воды (t2).
Построить график распределения температур по толщине стенки. Нанести на график температуры tж1 и tж2.
В процессе эксплуатации стенка со стороны воды покрылась слоем накипи толщиной dн= 1,4 мм, коэффициент теплопроводности накипи
lн=1,0 Вт/м×К.
Рассчитатьдля этого случая К, q, t1, t2, температуру на поверхности накипи (tн). Построить график распределения температур по толщине стенки и накипи. Дать сравнительный анализ двух графиков.
Задача № 4.Теплота передается через стенку стальной трубы толщиной dс=3мм lс=50 Вт/м·К от дымовых газов к кипящей воде. Известны внутренний диаметр трубы d1=0,05 м, температура дымовых газов tж1=1200 о С, температура кипящей воды tж2=180 о С, коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к наружной поверхности трубы a1=70 , коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к воде a2 =4000 .
Рассчитать:
· коэффициент теплопередачи (К, Вт/ м 2 · К) от газов к воде;
· линейную плотность теплового потока (ql, Вт/м);
· температуры на внутренней поверхности трубы (t1) и на наружной поверхности (t2).
Построить график распределения температур по толщине стенки. Нанести на график температуры t ж1 и t ж2.
В процессе эксплуатации на внутренней поверхности образовался слой накипи толщиной (dн=1,4 мм).
Рассчитать для этого случая К, ql,, t1, t2, температуру на поверхности накипи (tн).
Принять коэффициент теплопроводности накипи lн=0,8 Вт/м·К.
Построить график распределения температур по толщине стенки и накипи. Дать сравнительный анализ двух графиков.
Задача № 5.По стальному теплоизолированному трубопроводу, расположенному на открытом воздухе, передается горячий теплоноситель.
Толщина стенки трубы d=3 мм, коэффициент теплопроводности стали l=50 Вт/м·К. Температура окружающего воздуха tж=20 о С, коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху a=10 Вт/м 2 ×К, внутренний диаметр трубы d1=150 мм, температура на внутренней поверхности стальной трубы t1=180 о С, толщина слоя изоляции dиз=40 мм и коэффициент теплопроводности изоляции lиз=0,07 .
Рассчитать:
· температуру на поверхности изоляции (tиз),
· температуру наружной поверхности стальной трубы (t2),
· суточную потерю тепла на участке трубы длиной 100м (Q, Дж).
Ответы выделить. Изобразить схематически график распределения температур по толщине стенки трубы и по толщине изоляции.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)
Источник
Передача тепла через стены
#160 тепла через стены осуществляется главным образом вследствие теплопроводности. Количество тепла, проходящего через стену, зависит от коэффициента теплопроводности материала λ. Чем он выше, тем больше теплоты проходит через материал и тем хуже его теплопрозащита. Различные строительные материалы имеют разные коэффициенты теплопроводности. На них влияют различные факторы, в частности плотность и влажность материала.
Плотный матермал имеет больший коэффициент теплопроводности по сравнению с пористым. Увеличение плотности способствует повышению λ. Уменьшение плотности приводит к снижению λ. Это объясняется тем, что поры строительного материала заполнены воздухом, имеющим низкий коэффициент теплопроводности. Чем больше пор в материале, тем меньше его плотность и теплопроводность.Например, у желехобетона плотностью 2500 кг/м 3 коэффициент теплопроводности λ = 2,04 Вт/(м*°C) , у кладки из обыкновенного глиняного кирпича плотностью 1800 кг/м 3 λ = 0,81 Вт/(м*°C) , у фанеры плотностью 600 кг/м 3 λ = 0,18 Вт/(м*°C) , у плит из пенополистирола плотностью 100 кг/м 3 λ = 0,05 Вт/(м*°C) .
Влажность способствует повышению теплопроводности: сырой материал имеет больший коэффициент теплопроводности и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению с сухим. Это вызвано тем, что при увлажении материала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности (приблизительно в 20 раз больший, чем воздух). Чем больше влаги впитывает материал, тем выше становится его теплопроводность. Например, при повышении влажности кирпичной стены толщиной 0,5 м из обыкновенного глиняного кирпича с нормальной, равной 2%, до 8%, ее теплозащита ухудшается более чем на 30%. И если при температуре внутреннего воздуха +20°C и наружного -20°C на поверхности сухой стены температура составляет 14,4°C, то на сырой стене на 2,7°C ниже и равняется 11,7°C. Поэтому для теплозащиты домов очень важно, чтобы строительный материал стен, и в первую очередь утеплитель, был обязательно сухим, а конструкции наружных стен были выполнены с таким расчетом, чтобы в них не образовывался конденсат и не скапливалась влага, приводящая к ухудшению теплоизоляционнй способности стен.
Источник
Через кирпичную стену передается теплота
Чтобы понять, как считать теплопроводность — необходимо представить материал в виде вымышленной стены. На практике такие стены будут реальными. Данная статья поможет нам рассчитать теплопотери стены. Сложив все теплопотери стен — получим теплопотери всего дома. Но это только один фактор из трех составляющих теплопотерь дома. Не забывайте про вентиляцию и излучение тепла. О них поговорим в других статьях.
t1, t2 — точки температур. L — толщина стены. S — площадь стены.
Теплопроводность представляет собой количество теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу толщины слоя материала.
Если быть точнее! То это отношение поверхностной плотности теплового потока к температурному градиенту.
Температурный градиент — это произведение толщины стенки материала на разность температур между противоположными плоскостями одной стенки.
Температурный градиент = L х ( t1 — t2 ).
Плотность теплового потока — это количество теплоты в единицу времени. Количество теплоты измеряется в Калориях. О калориях поговорим ниже.
Сначала я Вам покажу формулу нахождения теплопроводности и связи между ними.
λ — Коэффициент теплопроводности.
t1,t2 — температуры стенки по разные стороны. Измеряется либо в Цельсиях [°C] либо в Кельвинах [K].
[ Вт / (м•°С) ] либо [ Вт / (м•K) ]
В редких случаях за место (Вт) может использоваться (Калория).
L — Толщина стенки, измеряется в метрах(м).
Q — Количество теплоты, измеряется в калориях(K) или в ваттах(Вт).
Эталоном значения одной калории является: Количество теплоты необходимое для того, чтобы нагреть один грамм воды на 1 градус Цельсия или Кельвина, при атмосферном давлении (101325 Па).
| 1 Дж = 0,2388 калорий 1000 Калорий = 1 кКалория = 1,163 Ватт • час 1 Калория = 4,1868 Дж |
Для глубокого понимания коэффициента теплопроводности, нужно понимать, как находят количество теплоты. То есть нам нужно найти количество теплоты, которое расходуется между наружными плоскостями одной стены. Мы фактически находим потерянное тепло через стену.
Данная формула помогает нам найти проходящее количество теплоты в сквозь стену.
Также еще выражаются в такой форме:
R — Температурное сопротивление, измеряется: (м 2 • °С) / Вт, или: (м 2 • K) / Вт
Q — Количество теплоты. Измеряется в Ваттах (Вт) или Калориях (К)
t1,t2 — температура стенки по разные стороны. Измеряется либо в Цельсиях [°C] либо в Кельвинах [K].
S — площадь стенки, измеряется в квадратных метрах (м 2 ). Площадь находится умножением высоты на длину стенки. S = a • b.
Чем больше значение λ, тем большей теплопроводностью обладает вещество. В общем случае теплопроводность для данного вещества не является величиной постоянной: для твердых тел λ зависит от температуры, а для жидких и газообразных — еще и от давления.
Для металлов (кроме алюминия) теплопроводность с увеличением температуры несколько убывает, что означает, что холодный металл проводит теплоту лучше, чем нагретый. Теплопроводность металлов λ составляет 2,3-420 Вт/(м•К).
Для изоляционных и огнеупорных материалов λ при повышении температуры возрастает. Последнее объясняется тем, что большинство изоляционных материалов не представляют монолитной массы, а являются пористыми телами — конгломератом отдельных частиц с воздушными прослойками между ними. Эти воздушные прослойки уменьшают теплопроводность, но лучистый теплообмен, происходящий в этих прослойках, в итоге увеличивает суммарный теплоперенос при повышении температуры пористого тела. Для таких материалов λ зависит не только от свойств собственно материала, но и от степени его уплотнения, т.е. от плотности. Кроме того, на теплопроводность указанных материалов большое влияние оказывает влажность. С увеличением влажности теплопроводность возрастает. Для влажного материала λ выше, чем для сухого материала и воды, взятых в отдельности. Так, например, для сухого кирпича λ = 0,35 Вт/(м•К), для воды λ = 0,58 Вт/(м•К), а для влажного кирпича λ = 1,05 Вт/(м•К). Это объясняется тем, что адсорбированная в капиллярно-пористых телах вода отличается по физическим свойствам от свободной воды. Поэтому по отношению к такого рода веществам правильнее говорить о так называемой видимой теплопроводности. Теплопроводность теплоизоляционных материалов составляет 0,02—3,0 Вт/(м•К).
Для газов с увеличением температуры теплопроводность также возрастает, но от давления λ практически не зависит, кроме очень низких (менее 2,5 кПа) и очень высоких (более 200 МПа) давлений. Теплопроводность газов колеблется от 0,006 до 0,6 Вт/(м•К).
Для большинства капельных жидкостей теплопроводность находится в пределах 0,09—0,7 Вт/(м•К) и с повышением температуры уменьшается. Вода является исключением: с ростом температуры от 0 до 150 °С теплопроводность возрастает, а при дальнейшем увеличении температуры уменьшается.
У меня дома в квартире, в комнате имеется наружная не утепленная стена площадью ( 2,5 х 5метров ), зимой очень холодно. Температура стены 20 °C. Стена без окна. Определить сколько уходит тепла через стену на улицу зимой, когда на улице температура -30 градусов. Стена кирпичная. Толщина 80 см.
S=2,5 х 5 = 12,5 м 2
t1 = 20 °C, K1 = t1 + 273,15 = 293,15
t2 = -30 °C, K2 = t1 + 273,15 = 243,15
L = 80см = 0,8 метров.
Для кирпича из других источников:
λ = 0,44 Вт/(м•К) в переводе на Цельсия: = 0,44 Вт/(м•°С)
Решение простое: Просто вставляем в формулу имеющиеся значения и занимаемся арифметикой.
Q = 0,44 х (20-(-30))/0,8 х 12,5 = 0,44 х 50/0,8 х 12,5 = 343,75 Вт
Ответ: Теряется тепло стены на 344 Вт.
Если посчитать за месяц, то это будет: 344 Вт х 24 часа х 30 дней = 247,7 кВт•ч.
И это одна только стена столько потребляет! А сколько таких стен может быть?
Конечно, точность расчетов зависит от значения коэффициента теплопроводности для материала, из которого сделана стена. Влажность, тоже имеет значение. Так что этих коэффициентов в инете полным-полно, можете подобрать из различных таблиц.
В целом такой расчет очень даже полезный и почти совпадает с реальными цифрами.
Таблицы я позже приготовлю! В других статьях будут. А так продолжение следует.
Источник