22 Теплопроводность
22.111 Стальная труба с толщиной стенки 20 мм с коэффициентом теплопроводности λ1=50 Вт/(м·град) покрыта двухслойной изоляцией. Толщина первого слоя δ2=10 мм с λ2=0,2 Вт/(м·град) и второго δ3=10 мм с λ3=0,1 Вт/(м·град). Температура внутренней поверхности трубы t’ст=150 ºС и наружной t”ст=50 ºС. Определить потери теплоты через изоляцию с одного метра длины трубопровода и температуры на границе соприкосновения отдельных слоев.
Ответ: q=665 Вт/м², tc2=149,7 ºC, tc3=116,5 ºC.
22.112 Паропровод длиной 40 м, диаметром 51×2,5 мм покрыт слоем изоляции толщиной 30 мм; температура наружной поверхности изоляции tп=45 ºС, а внутренней tст=175 ºС. Определить количество теплоты, теряемое паропроводом в 1 час. Коэффициент теплопроводности изоляции λ=0,016 Вт/(м·К).
Ответ: Q=2196480 кДж/ч.
22.113 Паропровод длинной 10 м, диаметром 50×2,5 мм покрыт слоем изоляции из асбеста толщиной 25 мм. Температура наружной поверхности изоляции 35 ºС, внутренней 150 ºС. Коэффициент теплопроводности асбеста λ=0,15 Вт/(м·К). Определить потери теплоты от паропровода за 1 час.
Ответ: Q=19 МДж.
22.114 Во сколько раз увеличится термическое сопротивление стенки змеевика, свернутого из трубы диаметром 38×2,5 мм, если покрыть ее слоем эмали толщиной 0,5 мм? Считать стенку плоской. Коэффициент теплопроводности стали 46,5 Вт/(м·К), эмали 1,055 Вт/(м·К).
Ответ: В 19 раз.
22.115 Паропровод длиной 10 м, диаметром 40×1,5 мм покрыт слоем изоляции из стекловаты толщиной 15 мм. Температура наружной поверхности изоляции 55 ºС, внутренней 100 ºС. Коэффициент теплопроводности стекловаты λ=0,05 Вт/(м·К). Определить потери теплоты от паропровода за 1 час.
Ответ: .Q=3018 кДж.
22.116 Паропровод насыщенного пара с абсолютным давление р=0,55 МПа имеет температуру стенки трубы с наружным диаметром d=150 мм, практически равную температуре пара. Паропровод покрыт двумя слоями изоляции одинаковой толщины 50 мм. Коэффициент теплопроводности изоляционного материала внутреннего слоя 0,08 Вт/(м·К), а наружного слоя 0,25 Вт/(м·К). Определить потери тепла на 1 пог. м паропровода при температуре окружающего воздуха 15 ºС и коэффициент теплоотдачи 20 Вт/(м²·К). Как изменятся потери тепла, если слои изоляции поменять местами, сохранив прочие условия без изменения?
Ответ: q1=114 Вт/м, тепловой поток возрастает в 1.24 раза.
22.117 (Вариант 20) Стальная стенка с коэффициентом теплопроводности λ2 и толщиной δ2 защищена слоем теплозащитного покрытия из окиси циркония (λ1=1,15 Вт/(м·К)) толщиной δ1. Температуры на внешних поверхностях tω1 и tω2 известны. Определить плотность теплового потока и температуру на поверхности соприкосновения слоев. Контактным термическим сопротивлением можно пренебречь.
Таблица 5.1 – Исходные данные
| δ1, мм | δ2, мм | tω1, ºС | tω2, ºС | Материал стенки |
| 0,3 | 5,8 | 1290 | 427 | сталь 15Х5М λ2=43,0 Вт/(м·К) |
Ответ: q=536123 Вт/м², tc=1150 ºC.
22.118 (Вариант 20) Определить температуру tω1 на внутренней поверхности цилиндрической камеры сгорания двигателя, если заданы внутренний диаметр камеры сгорания двигателя d1, толщина δ1 и коэффициент теплопроводности λ1=2,39 Вт/(м·К) теплозащитного слоя, толщина δ2 и материал основной стенки, температура tω2 на поверхности соприкосновения теплозащитного слоя со стенкой камеры сгорания, температура tω3 на внешней поверхности ее. Контактным сопротивлением пренебречь.
Таблица 7.1 – Исходные данные
| d1, мм | δ1, мм | δ2, мм | tω2, ºС | tω3, ºС | Материал основной стенки |
| 190 | 0,6 | 2,1 | 690 | 427 | сталь 12Х114Ф λ2=39,0 Вт/(м·К) |
Ответ: t3=1934 ºC.
22.119 Древесно-стружечная плита (ДСП) помещена в сушильную камеру с температурой воздуха 120 ºС, ее размеры 2×4×0,02 м, расположение в камере вертикальное. При τ=0 t0=20 ºC. Физические свойства ДСП: λ=0,085 Вт/(м·К); ρ=800 кг/м³; ср=2,5 кДж/(кг·К). Коэффициент теплоотдачи к плите в процессе нагревания равен 9 Вт/(м²·К).
Найти время, по истечении которого температура в средней плоскости плиты достигнет 50 ºС.
Построить график распределения температуры по толщине плиты в этот момент времени.
Определить также количество теплоты, которое подводится к плите за рассматриваемый промежуток времени.
Ответ: τ=0,405 ч, tx=0=50 ºC, tx=0,5δ0=56,6 ºC, tx=δ0=75,25 ºC, tx=δ=58,60 ºC, QΔτ=12384 кДж.
22.120 (Вариант 8) В промышленную печь с температурой газов tж помещен длинный стальной вал диаметром d (условно принять цилиндр). Определить температуру в центре и на поверхности цилиндра через время τ после погружения в горячую среду (газ) либо время нагрева до заданной температуры в центре или на поверхности цилиндра (согласно своего варианта), если диаметр цилиндра во много раз меньше его длины. Найти также среднюю по массе температуру цилиндра.
Покрытие эмалью
 |
|
| получать покрытия толщиной до 0,03 мм и менее, а также наносить покровную эмаль непосредственно на грунтовую и одновременно их обжигать. Важнейшим новшеством последних лет является все более широкое применение однослойного эмалирования. Реализованы цветные эмали (отделочные грунтовые эмали), все большее признание они завоевывают при безгрунтовом эмалировании белыми и пастельными эмалями. Наряду с очевидным повышением качества большое значение имеют экономические преимущества, которые получают за счет: использования современных, рациональных методов нанесения эмали, допускающих их автоматизацию; нанесения только одного слоя эмали, следовательно, необходимости только в одном обжиге; экономии материалов, энергии и рабочей силы; экономии затрат (до 30 %) по сравнению с традиционными методами эмалирования; малого времени амортизации оборудования. Не следует забывать, что эта технология найдет применение только в будущем. Нет сомнения в том, что электрофорезное и электростатическое нанесение эмали в большей степени вытеснит старые способы. Развитие пойдет в направлении электростатического нанесения сухого порошка эмали. Появится возможность последовательно наносить два слоя и одновременно обжигать их. 10.4. СВОЙСТВА ЭМАЛИ И СИСТЕМЫ МЕТАЛЛ—ЭМАЛЬ Потребительские качества эмалированного изделия определяются, кроме покрываемого материала, свойствами эмали и качеством эмалирования. Ниже рассмотрены только те свойства системы металл—эмаль, которые имеют значение при использовании изделия. В табл. 10.6 представлены соответствующие характеристики; единые условия поставок эмалированных изделий установлены стандартами TGL 7652, TGL 7797 и TGL 14943. 10.4.1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Важнейшими механическими свойствами эмали являются прочность, твердость, прочность сцепления и прочность на удар. По прочности и твердости эмали сравнимы с техническими стеклами. Временное сопротивление разрыву мало вследствие их хрупкости. При механическом сжатии эмалированных чугунных изделий в процессе эксплуатации основной характеристикой становится прочность эмали на сжатие; в случае же эмалированных листов всегда имеет место комбинированное нагружение, включающее сжатие, растяжение и изгиб. Твердость определяет прочность на истирание. По механической прочности на истирание эмали сравнимы со стеклами, если эмалевый слой плотный и непористый, а также не имеет большого числа пузырей. Прочность эмалевого слоя на удар является комплексным параметром, учитывающим прочность на сжатие, растяжение и изгиб, упругость, хрупкость и прочность, сцепления. Кроме того, большую роль играет деформация металла, появляющаяся вследствие удара или соударения, так как эмаль испытывает тем более интенсивные механические нагрузки, чем сильнее деформирован лист. Поскольку прочность на удар на практике зависит в основном от толщины листа, при качественном эмалировании следует учитывать работу удара, при которой не происходит отслаивания эмали: 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 Н-м при толщине листа соответственно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мм. Кроме того, прочность, на удар зависит от толщины эмалевого слоя. Очень тонкие слои деформируются в определенных пределах без появления макродефектов, поэтому значение прочности на удар велико. Это же справедливо и в отношении прочности на скручивание. Прочность сцепления эмалевого слоя с металлической поверхностью характеризуется лишь косвенно (чаще всего с помощью прочности на удар и скручивание); физически точного значения прочности сцепления не существует. С повышением содержания окислов сцепления или продолжительности никелирования эта прочность возрастает (рис. 10.12). 10.4.2. ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Уже упоминалось, что тепловые расширения эмали и металла должны соответствовать друг другу. В соответствии с этим коэффициент теплового расширения эмали составляет от 9 . 10 -6 до 11 . 10 -6 К -1 (всегда несколько ниже, чем у стали). Соответствующие значения для эмалей, предназначенных для нанесения на алюминий, составляют 15 . 10 -6 -17 . 10 -6 К -1 . Большинство эмалированных изделий испытывает воздействие высоких температур и их изменений. При этом для практики значение имеют теплопроводность, термостойкость и стойкость к изменению температуры. По сравнению с металлами теплопроводность эмалей низка. Кроме того, она зависит от пористости (наличия пузырей). У сильно пористой эмали теплопроводность примерно на треть ниже по сравнению с той же величиной плотной эмали. Но следует отметить, что для нагрева эмалированных сосудов (например, при варке) требуется меньшее количество тепла, чем для неэмалированных. Это объясняется, во-первых, меньшим теплоотводом поверхностей, не соприкасающихся с источником тепла, и, во-вторых, лучшим поглощением излучаемой энергии и связанной с этим более высокой способностью эмали аккумулировать тепло. Термическая стойкость обычных эмалей представляет меньший интерес, но играет важную роль в обеспечении высокотемпературной защиты от коррозии. Легированные стали, покрытые эмалью в целях коррозионной защиты, выдерживают температуры примерно 1000—1200 °С, а иногда и выше. Специальные эмали отвечают соответствующим термическим условиям. Они защищают покрываемый материал от окисления, межкристаллитной коррозии и сопровождающих их явлений . Стойкость к изменению температуры, характеризуемая разностью температур АК или числом циклов, которое выдерживает материал без разрушения при быстрой смене температур, для хрупких изделий является функцией термического расширения, теплопроводности, максимального удлинения и размеров. Для эмалированных изделий следует учитывать также прочность сцепления и толщину эмалевого слоя, причем значение имеет также направление изменения температуры (нагрев или охлаждение). В соединении металл—эмаль основными влияющими факторами являются прочность сцепления и толщина слоя, так как теплопроводность, максимальное удлинение и тепловое расширение эмали фиксированы. Недостаточные сцепление и увеличение толщины слоя оказывают отрицательное воздействие. Стеклокристаллические эмали выдерживают вдвое больший перепад температур, чем чисто стеклообразные. 10.4.3. химическая стойкость По отношению к воде (кроме насыщенного водяного пара) эмали можно считать почти устойчивыми. Так называемые пищевые кислоты оказывают слабое агрессивное воздействие. Их агрессивность возрастает в последовательности: уксусная кислота, молочная кислота, лимонная кислота. Эмали также относительно высокоустойчивы к минеральным кислотам; для промышленных целей разработаны специальные кислото- и высококислотостойкие эмали. Кривые выщелачиваемости (суммарная потеря массы в зависимости от времени) для случая воздействия кислоты имеют параболический характер. При воздействии щелочей, напротив, зависимость почти линейная. Масса компонентов, выщелоченных кислотами (кроме плавиковой) за несколько сотен часов, составляет несколько мг . см -2 . В табл. 10.7 приведены некоторые значения уноса оправдавших себя промышленных эмалей при действии на них кислот и щелочей. Кислотостойкость эмали зависит от содержания в ней Si02. Стеклокристаллические эмали более устойчивы к кислотам, чем чисто стеклообразные; их выщелачиваемость составляет 25—50 % от нормальной. Эмалевый слой обычно постоянно подвергается воздействию щелочей и в результате этого разрушается. Устойчивость к щелочам возможна только в определенных пределах. Степень же воздействия щелочей зависит от их концентрации и температуры. |
|
|
Подводное вождение джипа на д/у