| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени. Удельные теплоты сгорания и парообразования. Термические константы. Коэффициенты теплообмнена и расширения / / Конвекционный и полный теплообмен. Коэффициенты теплообмена. Коэффициенты тепловой проводимости поверхностей. Тепловыделение, теплопотери / / Таблица полных коэффициентов теплообмена / коэффициентов теплопередачи для подогрева рабочей среды резервуара с помощью парового, водяного, солевого или масляного змеевика (витого трубопровода с теплоносителем или холодоносителем)
| ||||||||||||||||||||
Общий коэффициент теплопередачи | TLV — Наша компания
Общий коэффициент теплопередачи (величина U) показывает, насколько хорошо тепло проходит через различные устойчивые вещества. Он измеряется в Вт/(м2°C).
Пар или горячая вода?
В данной статье речь пойдет о том, как рассчитать и сравнить коэффициент теплопередачи пара и горячей воды посредством различных типов рабочей среды, в т.ч. с учетом пленочного коэффициента и характеристик самого стенового материала.
На общий коэффициент теплопередачи влияет толщина и теплопроводность рабочей среды, передающей тепло. Чем больше коэффициент, тем легче тепло передается от источника к нагреваемому продукту. В теплообменнике связь между общим коэффициентом теплопередачи (U) и количеством теплоты (Q) может быть определена следующим уравнением,
где
Q = количество теплоты, Вт = Дж
А = поверхность теплообмена, м2
U = общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м2°C)
ΔTLM = средняя логарифмическая разница температур, ° C [°F]
Из этого уравнения следует, что значение U прямо пропорционально Q, скорости теплообмена. Допустим, что поверхность теплопередачи и разница температур остаются неизменными, тогда чем больше значение U, тем больше будет скорость теплопередачи. Другими словами, для определенного теплообменника и продукта большой коэффициент теплопередачи сократит время запуска и увеличит эффективность работы и прибыль.
Расчет величины U
Для определения значения U используется множество уравнений, вот одно из них:
где
h = коэффициент конвективного теплообмена, Вт/(м2°C)
L = толщина стенки, м [фут]
λ = теплопроводность, Вт/(м°С)
Теплопередача через металлическую стенку
При подогреве воды, например, теплопередача проходит из жидкости 1 (источник тепла) к жидкости 2 (вода, нагреваемый продукт) через проводящее твердое вещество (металлическую стенку). Но нельзя забывать и о сопротивлении пленки. Именно поэтому коэффициент конвективного теплообмена (h), иногда называемый пленочным коэффициентом, учитывается при расчете теплообмена между жидкостью и проводящей стенкой.
Кроме того, в некоторых уникальных производственных процессах, как в технологическом нагреве, применяемом в биотехнологии или в фармацевтике, передача тепла может проходить через несколько слоев стенок. Для таких случаев приведенное выше уравнение можно адаптировать, включив в него каждый слой толщины твердого тела (L), разделенный на его теплопроводность (λ).
Чтобы упростить приведенные ниже типовые вычисления, следующие значения могут использоваться в качестве примера для коэффициентов конвективного теплообмена:
| Текучая среда | Коэффициент конвективного теплообмена (h) |
|---|---|
| Вода | около 1000 Вт/(м2°C) |
| Горячая вода | 1000 — 6000 Вт/(м2°C) |
| Пар | 6000 — 15000 Вт/(м2°C) |
Пример для сравнения влияния на величину U различных источников тепла, пара или горячей воды
Для подогрева воды используются два паровых котла из углеродистой стали (λ = 50 Вт/(м°C)) со внутренней толщиной стенки 15 мм. Предположим, что коэффициент теплопередачи подогреваемой воды — 1000 Вт/м2°C, горячей воды — 3000 Вт/м2°C и пара — 10000Вт/м2°C, а теперь рассчитаем значение U для обоих процессов нагревания.
Паровой котел из углеродистой стали — Сравнение источников тепла: пара и горячей воды
Горячая вода:
Пар:
В этом случае пар обеспечивает расчетное улучшение значения U на 17%.
Теперь представьте, что теплопроводящая стенка котла также облицована слоем стеклоэмали толщиной 1 мм [0.0033 фт] (λ = 0.9 Вт/(м °C)). Включение этих значений в вышеприведенное уравнение для расчета величины U дает следующие результаты:
Стеклоэмалированный паровой котел — Сравнение источников тепла: пара и горячей воды
Горячая вода:
Пар:
В данном случае при дополнительном сопротивлении проводимости значение U также увеличится, но только на 9%. Этот пример демонстрирует, как плохой тепловой проводник, такой как стекло, может сильно мешать теплопередаче.
Так, для некоторого теплообменного оборудования, как для котла из углеродистой стали, изменение источника тепла с горячей воды на пар может потенциально улучшить значение U и существенно повысить теплопередачу, если материал стенки будет обладать высокой теплопроводимостью. Однако, такого потрясающего эффекта достичь не удастся при использовании теплообменника с несколькими слоями стенок, не обладающими высокой теплопроводимостью (напр. котла со стеклоэмалью).
Тем не менее в некоторых процессах для предотвращения взаимодействия с продуктом как раз и потребуются особые стеклоэмалированные стенки.
Другие факторы
Загрязнение
Загрязнение поверхности материала стенки может представлять собой дополнительный барьер для теплопередачи. Эта проблема возникает по многим причинам: как из-за нагревательной среды, так и из-за продукта. Другими факторами могут стать отложения частиц на источнике нагрева и чрезмерно высокая или низкая температура продукта.
Например, давление пара иногда повышают для того, чтобы при его помощи протолкнуть конденсат через выпускной регулирующий клапан на уровне бака. Однако с увеличением давления внутри теплообменника температура пара также возрастает, и это избыточное тепло может вызвать повышенное загрязнение продукта. И наоборот, если конденсат накапливается в оборудовании, загрязнение может быть вызвано частицами, попавшими на источник нагрева именно с ним. А загрязнение продукта может быть спровоцировано более низкими температурами, из-за которых он прилипает к поверхности при несоблюдении требуемого уровня вязкости.
Загрязнение можно добавить к данному уравнению, включив сюда отношение толщины его слоя (LF
) к его проводимости (λF) как и в нашем примере со стеклоэмалью. Как правило, фактор загрязнения учитывается для теплообменников, которые уже были в эксплуатации. Обычно, расчеты, где сравнивается снижение показателей величины U, используются для новых и уже находящихся в эксплуатации теплообменников.Полный коэффициент теплообмена. Тепловое и термическое сопротивление.
Полный коэффициент теплообмена. Тепловое и термическое сопротивление.
Полный коэффициент теплообмена для стен или теплообменников может быть вычислен как:
1 / U A = 1 / h1 A1 + dxw / k A + 1 / h2 A2 (1)
где
U = полный коэффициент теплообмена (Вт/м2К)
A = площадь поверхности теплообмена для каждой из сторон(м2)
k = теплопроводность материала (Вт/мК)
h = коэффициент теплообмена для каждого рабочей среды(Вт/м2К) dxw = толщина стенки (м)
Теплопроводность — k — для нескольких материалов: .
- ПП-Полипропилен — 0.12 Вт/мК
- Нержавеющая стальl — 21 Вт/мК
- Алюминий — 221 Вт/мК
Коэффициент теплообмена — h — зависит от
- разновидности рабочей среды — газ или жикость
- свойств потока, таких как скорость, например
- другие температурные и поточные свойства
Коэффициент теплообмена для нескольких распространенных рабочих сред:
- Воздух — 10 to 100 Вт/м2К
- Вода — 500 to 10 000 Вт/м2К
Тепловое сопротивление (термическое)
Полный коэффициент теплообмена также может быть вычислен с помощью оценки теплового сопротивления (термического). Стена разбивается на зоны с разным тепловым (термическим) сопротивлением, где
- теплообмен между 1й рабочей средой и стенкой описывается одним коэффициентом теплового (термического) сопротивления
- теплообмен через стенку описывается вторым коэффициентом
- обмен между стенкой и второй рабочей средой описывается третьим коэффициентом
Покрытие поверхности или слои сгоревших продуктов дают дополнительное тепловое (термическое) сопротивление стенке, снижая при этом полный коэффициент теплообмена.
Общая формула:
Rt=(T2-T1)/P
где:
- Rt — тепловое (термическое) сопротивление на участке тепловой цепи, K / Вт
- T2 — температура начала участка, K
- T1 — температура конца участка, K
- P — тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт
Пример — Теплообмен в теплообменнике
Плоский теплообменник передает тепло от рабочей среды A к рабочей среде B. Толщина тонкой стенки 0.1 мм и материал либо ПП-Полипропилен,либо алюминий либо нержавеющая сталь.
Рабочие тела А и В — воздух с коэффициентом теплообмена hair = 50 Вт/м2К.
Полный коэффициент теплообмена U на единицу площади выражается как:
U = 1 / (1 / hA + dxw / k + 1 / hB) (1b)
Используя данные ниже можно посчитать полный коэффициент теплообмена для:
- ПП-Полипропилен : U = 24.5 Вт/м2К
- Сталь : U = 25.0 Вт/м2К
- Алюминий : U = 25.0 Вт/м2К
факторы, влияющие на теплопроводность сплавов
Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло. Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними. В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).
Понятие теплопроводности
Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.
Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:
- за одну секунду;
- через площадь один метр квадратный;
- на расстояние один метр;
- когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.
Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).
Перенос тепла на молекулярном уровне
Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.
Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.
Теплопроводность материалов
Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.
Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.
Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.
В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):
- сталь 47—58;
- алюминий 237;
- медь 372,1—385,2;
- бронза 116—186;
- цинк 106—140;
- титан 21,9;
- олово 64,0;
- свинец 35,0;
- железо 80,2;
- латунь 81—116;
- золото 308,2;
- серебро 406,1—418,7.
В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:
- стекловолокно 0,03—0,07;
- стекло 0,6—1,0;
- асбест 0,04;
- дерево 0,13;
- парафин 0,21;
- кирпич 0,80;
- алмаз 2300.
Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.
В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.
Коэффициенты теплопередачи сталей
Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.
Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.
Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11—19 Вт/(м*К).
Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).
Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27—28 Вт/(м*К).
Факторы, влияющие на физическую величину
Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.
Температура материала
Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.
С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.
Фазовые переходы и структура
Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).
Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.
Электрическая проводимость
Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).
Процесс конвекции
Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.
Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.
Коэффициент теплоотдачи, формула и примеры
Определение и формула коэффициента теплоотдачи
Конвективный теплообмен — обмен теплотой между частями жидкости (газа), имеющими разную температуру или между жидкостью (газом) и твердым телом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом называют теплоотдачей.
Этот коэффициент часто используют в гидроаэродинамике, когда исследуют конвективный теплообмен. Часто ее обозначают буквой . Коэффициент равен:
где — плотность теплового потока, — температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела. Иногда температурный напор находят, например, в случае обтекания тела потоком сжимаемой жидкостью, считают равным модулю разности температуры жидкости далеко от тела и температурой поверхности тела, которая была бы в отсутствии теплообмена.
Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.
Так, для условий свободной конвекции воздуха: (Вт/м2К), воды: (Вт/м2К). При вынужденной конвекции величины коэффициента теплоотдачи колеблются в пределах: для воздуха: (Вт/м2К), для воды: (Вт/м2К).
Формула Ньютона-Рихмана
Коэффициент теплоотдачи входит в выражение для потока тепла в веществе жидкой или газообразной среды с интенсивным изменением температуры при увеличении расстояния от охлаждаемого или нагреваемого объекта:
где — количество теплоты, которая отводится от поверхности, имеющую площадь S, — температура вещества (жидкости, газа), — температура поверхности тела. Выражение (2) называется формулой Ньютона — Рихмана.
Так как интенсивность теплообмена может изменяться при передвижении вдоль площади соприкосновения жидкого носителя с поверхностью твердого тела, вводят местный коэффициент теплоотдачи, который равен:
На практике чаще применяют средний коэффициент теплоотдачи , вычисляя его по формуле:
где температуры берут средние для поверхности и для вещества.
Дифференциальное уравнение теплоотдачи
Дифференциальное уравнение теплоотдачи показывает связь между коэффициентом теплоотдачи и полем температур среды (жидкости или газа):
где , — градиент температуры, индекс n=0 значит то, что градиент берут на стенке.
Критерий Нуссельта
Критерий Нуссельта () является характеристикой теплообмена на границе между жидкостью и стеной:
где — характерный линейный размер, — коэффициент теплопроводности жидкости. Для стационарного процесса критерий Нуссельта находят, используя критериальное уравнение конвективного теплообмена:
где постоянные. — критерий Рейнольдса, — критерий Прандтля, — критерий Грасгофа.
Коэффициент теплоотдачи и его связь с коэффициентом теплопередачи
Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку связан с коэффициентами теплоотдачи выражением:
где — коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, — коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, — толщина стенки, — коэффициент теплопроводности стенки.
Единицы измерения
Основной единицей измерения коэффициента теплоотдачи в системе СИ является:
=Вт/м2К
Примеры решения задач
Теплопроводность воздуха при различных температурах. Таблицы
Сама по себе теплопроводность воздуха, как и любых других газов и их смесей, является не постоянной величиной, а находится в зависимости от различных макропараметров. В рамках этой статьи мы рассмотрим зависимость значений теплопроводности воздуха λ от температуры при нормальном, низком и высоком атмосферном давлении.
Обратите внимание: мы отдельно разбирали формулы теплопроводности воздушной прослойки, необходимые для расчета ограждающих конструкций. Тогда мы обсуждали влияние на передачу воздухом тепла не только теплопроводности, но и конвекционной и отражающей способности воздуха.
Сегодня же речь пойдет именно о зависимости теплопроводности воздуха от температуры при различном атмосферном давлении. Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия. Таких, например, как число Прандтля, Нуссельта, Био.
Значения теплопроводности воздуха при разных температурах и давлении сведены в несколько таблиц, которые мы сегодня для Вас и публикуем. Обратите внимание! Значения представлены при идеальных пропорциях составляющих воздух газов. То есть
- кислород — 20,95% по объёму и 23,20% по весу;
- азот — 78,09% и 75,47%, соответственно;
- углекислый газ — 0,03% и 0,046%;
- водород, аргон, криптон и другие газы — в ничтожных количествах
Таблица теплопроводности газообразного воздуха в интервале температуры -183 до 1200°С при нормальном атмосферном давлении
Теплопроводность λ в текущей таблице выражена в размерности Вт/(м·град). Чем больше значение λ, тем хуже теплоизоляционные свойства материала.
Поскольку это требуется чаще всего, отдельно обращаем внимание на значение теплопроводности воздуха при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении. При этих условиях теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град).
| t, °С | λ, Вт/(м·град) |
| -183 | 0,0084 |
| -173 | 0,0093 |
| -163 | 0,0102 |
| -153 | 0,0111 |
| -143 | 0,012 |
| -133 | 0,0129 |
| -123 | 0,0138 |
| -113 | 0,0147 |
| -103 | 0,0155 |
| -93 | 0,0164 |
| -83 | 0,0172 |
| -73 | 0,018 |
| -50 | 0,0204 |
| -40 | 0,0212 |
| -30 | 0,022 |
| -20 | 0,0228 |
| -10 | 0,0236 |
| 0 | 0,0244 |
| 10 | 0,0251 |
| 20 | 0,0259 |
| 30 | 0,0267 |
| 40 | 0,0276 |
| 50 | 0,0283 |
| 60 | 0,029 |
| 70 | 0,0296 |
| 80 | 0,0305 |
| 90 | 0,0313 |
| 100 | 0,0321 |
| 110 | 0,0328 |
| 120 | 0,0334 |
| 130 | 0,0342 |
| 140 | 0,0349 |
| 150 | 0,0357 |
| 160 | 0,0364 |
| 170 | 0,0371 |
| 180 | 0,0378 |
| 190 | 0,0386 |
| 200 | 0,0393 |
| 250 | 0,0427 |
| 300 | 0,046 |
| 350 | 0,0491 |
| 400 | 0,0521 |
| 450 | 0,0548 |
| 500 | 0,0574 |
| 550 | 0,0598 |
| 600 | 0,0622 |
| 650 | 0,0647 |
| 700 | 0,0671 |
| 750 | 0,0695 |
| 800 | 0,0718 |
| 850 | 0,0741 |
| 900 | 0,0763 |
| 950 | 0,0785 |
| 1000 | 0,0807 |
| 1100 | 0,085 |
| 1200 | 0,0915 |
Некоторые выводы и замечания по таблице
При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность. Так, при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).
А с ростом температуры теплопроводность воздуха тоже увеличивается. Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза!
Таблица значений теплопроводности воздуха от температуры в градусах Кельвина
Если в Вашей задачи температура выражена в градусах не по Цельсию, а по Кельвину, можете воспользоваться данными из этой таблицы. Обратите внимание на размерность значений — 10–2 !
Данные даны также при P = 1 атм.
| t, °C | λ, 10–2 Вт/(м∙К) |
| –173 | 0,922 |
| –143 | 1,204 |
| –113 | 1,404 |
| –83 | 1,741 |
| –53 | 1,983 |
| –23 | 2,207 |
| –3 | 2,348 |
| 0,1 | 2,370 |
| 7 | 2,417 |
| 17 | 2,485 |
| 27 | 2,553 |
| 37 | 2,621 |
| 67 | 2,836 |
| 97 | 3,026 |
Таблица теплопроводности воздуха в жидком и газообразном состояниях при низких температурах и давлении до 1000 бар
Теперь давайте посмотрим на значения теплопроводности воздуха при низких температурах и давлении до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 75 до 300К (от -198 до 27°С).
Черта под значениями в таблице означает переход жидкого воздуха в газ: цифры под чертой относятся к газу, а выше ее — к жидкости.
Смена агрегатного состояния воздуха существенно сказывается на значении коэффициента теплопроводности — теплопроводность жидкого воздуха значительно выше.
Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!
Обратите внимание!
Величина теплопроводности воздуха в газообразном состоянии с ростом давления и температуры увеличивается, а вот в жидком состоянии — наоборот, снижается. То есть, в сжиженном состоянии воздух с ростом температуры имеет тенденцию к снижению коэффициента теплопроводности.
Таблица теплопроводности газообразного воздуха при температуре от 300 до 800К и различном давлении
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при различных температурах в зависимости от давления от 1 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 300 до 800К (от 27 до 527°С).
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!
По данным таблицы видно, что с ростом температуры и давления теплопроводность воздуха увеличивается.
Теплопроводность воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 100 бар
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 1500 до 6000К (от 1227 до 5727°С).
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!
С ростом температуры молекулы воздуха диссоциируют и максимальное значение его теплопроводности достигается при давлении (разряжении) 0,001 атм. и температуре 5000К.
1.5 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
В целях сокращения потерь тепла в зимний период и поступлений тепла в летний период при проектировании здания производится теплотехнический расчет стеновых ограждений и перекрытий.
По приложению 1 СП 23-101-2004 определяем зону влажности. Для г. Ульяновска — нормальная зона влажности.
По таблице 1 определяем влажностный режим помещений — сухой режим.
По приложению 2 определяем условия эксплуатации ограждающих
конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зоны
влажности района строительства — А.
Определяем градусо-сутки отопительного периода
ГСОП = (tв—tн)zот.пер.
ГСОП = (20 + 3.1) х 214 = 4943.4°С ·сут, где
tв— расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений
tв = 20°С
tн— расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее
tн =-3.1°С
zот.пер — средняя температура, °С, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С zот.пер=214сут
1.5.1 Стеновое ограждение
Требуемое сопротивление теплопередаче стеновых ограждающих конструкций, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по таблице 16
R0тр =3.13м2·°С/Вт
Стеновое ограждение состоит из следующих слоев
Наименование слоя | Толщина, мм | λ, Вт/(м·°С) | R, м2-°С/Вт |
Штукатурка | 15 | 0.7 | 0.021 |
Газобетон | 200 | 0.22 | 0.909 |
Утеплитель «Роквул» | 100 | 0.047 | 2.128 |
Воздушная прослойка | 22 | ||
Облицовка | 10 | 2.91 | 0.003 |
Термическое сопротивление R, м2·°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции
,
где
δ — толщина слоя, м
λ — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С), принимаемый по прил. 3
Суммарное сопротивление слоев ограждающей конструкции (сопротивление облицовки не учитываем)
Rк=3.059м2·°С/Вт
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4
αв=8.7Вт/м2·°С
αн — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 6
αн=12Вт/м2·°С
Из-за наличия мостиков холода в виде крепления конструкции навесного фасада, принимаем решение увеличить толщину утеплителя, закладываемого в наружные стены до 120мм, что позволяет устранить негативное влияние креплений.
1.5.2 Покрытие гостиницы
Требуемое сопротивление покрытия теплопередаче, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по таблице 1б
R0тр =4.6472м2·°С/Вт
Покрытие состоит из следующих слоев
Наименование слоя | Толщина, мм | λ, Вт/(м·°С) | R, м2·°С/Вт |
СПН | 10 | 58 | 0 |
Железобетон | 70 | 1.92 | 0.036 |
Пароизоляция «Пароизол» | 3 | 0.17 | 0.018 |
Утеплитель «Ursa» | 180 | 0.041 | 4.39 |
Цементная стяжка | 30 | 0.76 | 0.039 |
Рулонный ковер | 3 | 0.17 | 0.018 |
Термическое сопротивление R, м2·°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции
,
где
δ — толщина слоя, м
λ — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С), принимаемый по прил. 3
Суммарное сопротивление слоев ограждающей конструкции (сопротивление облицовки не учитываем)
Rк=4.501м2·°С/Вт
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4
αв=8.7Вт/м2·°С
αн — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 6
αн=12Вт/м2·°С