Pełny artykuł dostępny dla abonentów!

Ciepło wydzielane przez gorące powierzchnie

1.3.2004, , Źródło: Wydawnictwo Verlag Dashofer Sp. z o.o.

Gdy bilans cieplny urządzenia technologicznego, kotła, pieca itp. wydzielających ciepło jest nieznany, do określenia strumienia wydzielanego ciepła można wykorzystać zależności analityczne bądź posłużyć się nomogramami.

Strumień cieplny przekazywany do otoczenia przez gorącą powierzchnię określa zależność

gdzie:

A – powierzchnia wymiany ciepła, [m2];

k – współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę, [W/(m2 · K)];

tw – temperatura wewnątrz urządzenia, [°C];

tp – temperatura powietrza w pomieszczeniu,; [°C].

Jeżeli nieznana jest konstrukcja urządzenia, a więc i współczynnik k, obliczenia należy przeprowadzić drogą kolejnych przybliżeń metodą analityczno-graficzną.

Strumień cieplny przejęty od powierzchni zewnętrznej

gdzie:

α = αk + αR –współczynnik przejmowania ciepła na drodze konwekcji i promieniowania, [W/(m2 · K)];

tp.zew. –temperatura zewnętrznej gorącej powierzchni, [°C].

Strumień ciepła przenikający przez przegrodę, w warunkach ustalonych, można określić zależnością

gdzie:

tp.wew. – temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody, [°C];

λi – współczynnik przewodzenia materiałów przegrody, [W/(m · K)];

δi – grubość poszczególnych warstw materiałów z których wykonano przegrodę, [m];

Σiδii – opór cieplny przegrody, [(m · K)/W].

Temperaturę wewnętrznej ścianki przegrody można przyjąć 20 do 25°C niższą od temperatury panującej wewnątrz urządzenia, która to temperatura na ogół jest znana.

Współczynnik przejmowania ciepła drogą konwekcji swobodnej αK można obliczyć na podstawie zależności podanych w tabeli 8.2.4.4/1.

Współczynniki przejmowania ciepła drogą promieniowania αR oblicza się z zależności

gdzie:

C – współczynnik promieniowania, [W/(m2 · K4)], zestawiono w tabeli 8.2.4.4/2.

Tabela 8.2.4.4/2. Wartość współczynnika promieniowania C, [4]

Materiał lub powierzchnia

 

Współczynnik C

 

[W/(m2/K4)]

 

Temperatura [°C]

 

Ciało absolutnie czarne

 

5,77

 

-

 

Metale polerowane – błyszczące

 

0,15-0,41

 

-

 

Żeliwo surowe

 

4,30-4,65

 

0-200

 

Miedź oksydowana

 

3,26-4,19

 

600

 

Stal walcowana

 

5,54

 

30-360

 

Powłoki lakierowane:

 

 

 

– farba aluminiowa

 

1,98-2,44

 

0-200

 

– farba biała błyszcząca

 

4,77

 

0-200

 

– farba czarna błyszcząca

 

5,23

 

0-200

 

– farby olejne różnego koloru

 

5,12-5,58

 

0-200

 

Papa

 

5,35

 

0-200

 

Gips

 

5,23

 

0-200

 

Szkło

 

5,47

 

0-300

 

Drewno gładkie

 

4,54-5,23

 

0-200

 

Kafle glazurowane białe

 

5,00

 

0-200

 

Tynk wapienny

 

5,00

 

20-80

 

Cegła szamotowa

 

4,10-4,30

 

100

 

Cegła czerwona

 

5,35-5,47

 

0-200

 

Zakładając temperaturę tp.zew. powierzchni zewnętrznej urządzenia, oblicza się α oraz strumień ciepła Q1 z zależności 8.2.4.4/1. Z zależności 8.2.4.4/3 oblicza się strumień ciepła Q2.

Jeżeli Q1 ≠ Q2, obliczenia należy przeprowadzić ponownie dla innej temperatury tp.zew. Jeżeli w dalszym ciągu nie osiągnie się zrównania Q1 z Q2, kolejne obliczenia prowadzi się metodą graficzną, jak pokazano na rysunku 8.2.4.4/1.

Na rysunku 8.2.4.4/2 przedstawiono nomogram do obliczania strumienia ciepła napływającego do pomieszczenia od gorących powierzchni, zarówno na drodze konwekcji, jak i promieniowania. Korzystanie z nomogramu wymaga znajomości temperatury powierzchni zewnętrznej tp.zew. ocenianego urządzenia.

PRZYKŁAD

Piec o wymiarach 5,0 x 3,0 x 1,6 m. Wewnątrz panuje temperatura 900°C; temperatura powietrza w pomieszczeniu tp = 28°C

Opór cieplny:

  • - ścian bocznych RB = Σ δ/λ = 0,27 [(m · K)/W];
  • - sklepienia RSK = Σ δ/λ = 0,34 [(m · K)/W]

Powierzchnia ścian bocznych AB = 2 · (5 + 3) · 1,6 = 25,6 m2; sklepienia Ask = 5 · 3 = 15,0 m2

Zakładając temperaturę powierzchni wewnętrznej tp.wew. = 880°C oraz temperaturę na powierzchni zewnętrznej tp.zew. = 150°C, oblicza się przejmowanie ciepła na drodze konwekcji swobodnej (tab. 8.2.4.4/1):

  • - dla ścian bocznych αK = 1,98 (Δt)0,25 = 1,98 (150 – 28)0,25 = 6,58 W/(m2 · K)
  • - dla sklepienia αK = 2,5 (150 – 28)0,25 = 8,3 W/(m2 · K)

na drodze promieniowania

αR = 0,04 · C · (T/100)3 = 0,04 · 5,35 · (362/100)3 = 10,15 W/(m2 · K)

gdzie:

T = 273 + 1/2 (150 + 28) = 362 K

stąd

α = αK + αR

  • - dla ścian bocznych α = 6,58 + 10,15 = 16,73 W/(m2 · K)
  • - dla sklepienia α = 8,3 + 10,15 = 18,45 W/(m2 · K)

Strumień ciepła:

  • - dla ścian bocznych Q'B = AB · Δt · α = 25,6 · 16,73 · (150 – 28) = 52160 W
  • - dla sklepienia Q'1 SK = 15,0 · 18,45 · (150 – 28) = 33850 W

Z drugiej strony strumień ciepła można określić z zależności 8.2.4.4/3

  • - dla
 

Używamy plików cookie, żeby ciągle poprawiać jakość witryny.
Dowiedz się więcej.