ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Расчетно-графическая работа
Тепловой расчет контейнера с естественной циркуляцией воздуха
Омск 2006
Исходные данные:
| Номер профиля: АМг6 П500-70 | Материал стенки | ВТ-1 |
Размеры профиля |
Толщина внешней стенки | 1,5 мм |
| Толщина внутренней стенки | 1,5 мм | |
| Материал изоляции | 2003 | |
| Наружный диаметр | 1800 мм | |
| Длина контейнера | 10000 мм | |
| Количество шпангоутов | 16 | |
| Температура внешней среды | 270 К | |
| Температура внутри контейнера | 300 К | |
| Скорость набегающего потока | 15 м/с | |
| Скорость воздуха внутри контейнера | 1,5 м/с |
Разобьем продольное сечение стенки ТК на характерные слои:
Рис.1. Расчетная схема
1. Определение коэффициентов теплопроводности слоев
Коэффициенты определяются по следующей формуле:
.
1.Слой 0-1
За неимением сведений о теплопроводности сплава ВТ-1, возьмем теплопроводность сплава ВТ3-1: .
Коэффициент теплопроводности:
,
2.Слой 1-2
Площадь шпангоутов:
;
Площадь изоляции:
Коэффициент теплопроводности:
3.Слой 2-3
Площадь шпангоутов:
;
Площадь изоляции:
Коэффициент теплопроводности:
4.Слой 3-4
Площадь шпангоутов:
;
Площадь изоляции:
Коэффициент теплопроводности:
5.Слой 4-5
Коэффициент теплопроводности:
,
2.Определение термического сопротивления
Суммарное термическое сопротивление определяется по формуле:
.
Получим:
; ;
; ;
.
3. Определение суммарного коэффициента теплопередачи от внутреннего воздуха к внутренней стенке
Коэффициент определяется как следующая сумма:
Конвективная составляющая
Характерный размер:
Перепад температур:
.
Коэффициент температурного расширения:
.
Критерий Грасгофа
,
где - кинематическая вязкость воздуха при температуре внутри контейнера
.
Критерий Нуссельта вычисляем по следующей формуле:
.
Конвективный коэффициент теплопередачи
( - теплопроводность воздуха при температуре внутри контейнера):
.
Лучистая составляющая
Приведенная степень черноты:
,
где ;
;
.
.
Лучистый коэффициент теплопередачи ( - коэффициент излучения абсолютно черного тела):
.
Суммарный коэффициент теплоперед
.
4. Определение суммарного коэффициента теплопередачи от внешней стенки к внешнему воздуху
Коэффициент определяется как следующая сумма:
Конвективная составляющая
Число Рейнольдса:
,
где - скорость ветра;
- кинематическая вязкость воздуха при температуре снаружи контейнера.
.
При критерий Нуссельта рассчитывается по такой формуле:
.
Конвективный коэффициент теплопередачи
() - теплопроводность воздуха при температуре снаружи контейнера):
.
Лучистая составляющая
Приведенная степень черноты: .
Перепад температур: .
Лучистый коэффициент теплопередачи:
.
Суммарный коэффициент теплопередачи от внешней стенки к внешнему воздуху:
.
4. Определение коэффициента теплопередачи от внутреннего воздуха к внешнему воздуху
Определим соотношение диаметров:
.
При таком соотношении можно считать стенки как плоские. В этом случае искомый коэффициент ищется следующим образом:
.
5. Проверка правильности выбора перепадов температур
Расчетная температура внутренней стенки:
,
Где ;
.
.
Расчетная температура внешней стенки:
,
где .
.
Погрешности:
;
.
Погрешности больше 0,05%, поэтому необходимо повторить расчет, приняв скорости, полученные в первом приближении.
6. Повторный расчет с расчетными температурами
Суммарный коэффициент теплопередачи от внутреннего воздуха к внутренней стенке
Конвективная составляющая
Перепад температур:
.
Критерий Грасгофа
.
Критерий Нуссельта:
.
Конвективный коэффициент теплопередачи:
.
Лучистая составляющая
Лучистый коэффициент теплопередачи:
.
Суммарный коэффициент теплопередачи от внутреннего воздуха к внутренней стенке:
.
Определение суммарного коэффициента теплопередачи от внешней стенки к внешнему воздуху
Конвективная составляющая не меняется: .
Лучистая составляющая
Перепад температур:
.
Лучистый коэффициент теплопередачи:
.
Суммарный коэффициент теплопередачи от внешней стенки к внешнему воздуху:
.
Коэффициент теплопередачи от внутреннего воздуха к внешнему воздуху
.
Расчетная температура внутренней стенки:
,
где ;
.
.
Расчетная температура внешней стенки:
,
где .
.
Погрешности:
;
.
Погрешности меньше 0,05%, поэтому расчет можно прекратить.
7. Определение суммарной мощности нагревательных элементов
Площадь поверхности:
.
Необходимая для обогрева мощность:
.
Мощность нагревательных элементов в киловаттах:
.
Список использованных источников
1. Шалай В.В. Термостатирование транспортных контейнеров. Учебное пособие. Омск: ОмПИ, 1982. 82 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т 3. – 8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2001.