Методические указания к проведению ПРАКТИЧЕСКих ЗАнятий

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 6Следующая ⇒

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

по дисциплине

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Направление подготовки: 270800.68 «Строительство»

программы магистерской подготовки:

 «Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций»

 «Ресурсосбережение и экология строительных материалов,
изделий и конструкций»

Степень выпускника: магистр

Форма обучения очная

Тула 2012 г.

Методические указания к практическим занятиям составлены профессором Рябовым Г.Г. и обсуждены на заседании кафедры строительства, строительных материалов и конструкций горно-строительного факультета,

протокол №    6  от «6»      февраля  20 12 г.

Зав. кафедрой                                      А.А.Трещев

Методические указания к практическим занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры строительства, строительных материалов и конструкций горно-строительного факультета,

протокол № ___ от __.__. 20__ г.

Зав. кафедрой________________________________ А.А.Трещев

ВВЕДЕНИЕ

В методических указаниях представлены темы и разделы, которые изучаются студентами самостоятельно, даются рекомендации по вопросам, требующим наибольшей проработки. В указаниях представлена методика работы студента при самостоятельном изучении курса и требования к видам отчетности по проделанной работе.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Самостоятельная работа позволяет студенту изучить теоретический материал в полном объеме при минимальном количестве аудиторных занятий. Грамотное построение самостоятельной работы способствует развитию у студента навыков самообразования.

Целью работы является ознакомление студента с основными понятиями в области технологии тепло- и гидроизоляционных.

ПЛАН ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАнятиЯ

2.1. В начале занятия проводится контроль подготовленности студентов по теме проводимого практического занятия путем устного опроса по знанию терминологии (5-10 минут).

2.2. В конце занятия преподаватель подводит итоги проведенного занятия.

2.3. Преподаватель дает задание для подготовки к следующему практическому занятию.

Методические указания к проведению ПРАКТИЧЕСКих ЗАнятий

3.1. Темы практических занятий

3.2. Общие методические указания

РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

Практическое занятие №1.

Целью практического занятия является определение размеров топки для сжигания различных видов топлива.

Последовательность выполнения: определение тепловой мощности топки; определение объема топочного пространства; определение высоты топочного пространства и площади зеркала горения.

Для определения размеров топки необходимо знать ее тепловую мощность:

,                                                                                    

где – теплотворная способность топлива; B – расход топлива.

Объем топочного пространства, м³, определяется по формуле 

V_t = 0.278Q:(Q/ V_t)_н,                                                  (1.2)

где (Q/ V_t)_н – нормативное тепловое напряжение, Вт/ м³.

Основные показатели топочных устройств представлены в табл. П.5 приложения.

Высота топочного пространства (средняя):

.

Площадь зеркала горения, м²:             

R = 0.278Q:()_н,

где ()_н – нормативное топливное напряжение, Вт/м².     

Задача 1. Определить размеры топки.

  Таблица 3.1

Исходные данные для расчета

Окончание табл. 3.1

Пример: Определить размер топки ;  ; Нм.

Топка цепная, топливо АРIII. Расход по условному топливу – 2000 кг/ч.

Решение:

      м²;

 м².

РАСЧЕТ ПАРОВЫПУСКНЫХ СОПЕЛ

Сопло выполняют в виде криволинейных суживающихся или расширяющихся каналов. Чтобы использовать всю располагаемую энергию и получить сверхкритическую скорость истечения к суживающемуся соплу, надо добавить расширяющуюся часть. Такое комбинированное сопло называется соплом Лаваля (рис.3.3).

            , ,                  , ,                                , ,

Рис.3.3. Расширяющееся сопло Лаваля

Для расчета угол конусности (угол раскрытия) расширяющейся части сопла принимают:

.

Сопло рассчитывают в следующем порядке:

1. Выходную скорость газа ν.

2. Температуру идеального газа на выходе из сопла находят из выражения:

,

где K – показатель адиабаты; T – находят по табл. П.9 приложения.

3. Диаметр горловины сопла определяется по формуле:

а для пара площадь сечения горловины:

где                                                                                                                       

4. Площадь выходного сечения сопла вычисляют по уравнению

5. Если расширяющаяся часть сопла Ловаля выполнена с прямолинейными образующими и с углом раствора α_с , то ее длину определяют по формуле

Пример. Пар при давлении Р₁=0,2 мН/м² и температуре                        t₁=120 °С вытекает через сопло Лаваля в среду с Р₂=0,1 мН/м² и температурой t₂=30 ⁰C. Расход пара G_max=0,1 кг/с. Определить скорость истечения пара, диаметр горловины, устья и длину расширяющейся части сопла, если угол раствора α_с=10⁰.

Решение. Режим истечения пара: β=Р₂/Р₁=0,1/0,2=0,5<β=0,577. Следовательно, в горловине сопла = _кр и G=G_max, а Р_г=Р_2кр=β_крР₁= =0,577∙0,2=0,115 мН/м².

Cкорость пара в горловине

_г = 44,72×0,95 м/с,

где φ принято по табл. П.7 приложения; , ,  – по табл. П.9 приложения.

Площадь поперечного сечения горловины

где ν₁ = 0,892 м³/кг принято по табл. П.9, приложения.

Диаметр горловины

Скорость пара в выходном сечении сопла(в устье):

Площадь выходного сечения сопла

,

где ν₂ = 32,93 м³/кг (табл. П.9, приложения)

Диаметр выходного сечения сопла

Длину раширяющейся части сопла

Задача 1. Рассчитать паровыпускное сопло.

Таблица 3.4

Исходные данные для расчета

Подбор вентилятора

Вентиляторы выбирают по давлению (напору) и производительности, между которыми установлена графическая зависимость, характеризующая их работу при различной скорости вращения рабочего колеса.

Производительность вентилятора, м³/ч:

где 1,1 – коэффициент, учитывающий утечку воздуха через неплотности; В^max – максимальный расход топлива, кг/ч; V₀ – теоретический объем воздуха; α – коэффициент избытка воздуха;  – поправка на механический недожег.

Приведенное полное давление вентилятора

где Р_р – расчетное полное давление (напор) вентилятора, Н/м²;                  t_г – температура газов, входящих в вентилятор, ⁰С; t_кат – температура газов t_кат = 20⁰С.

После определения V_в и Р_п по соответствующим каталогам или графикам выбирают номер вентилятора, руководствуясь их кпд и числом оборотов.

Мощность, потребляемая вентилятором

где  – кпд вентилятора 0,4 – 0,65;  – кпд привода 0,8 – 0,95.

Пример. Вентилятор с =0,5 подает воздух V_г = 40000 м³/ч температурой t_г = 150 ⁰С. Сопротивление воздушного тракта р = 4000 Н/м².

Определить изменение мощности на валу вентилятора при подаче по этому же тракту воздуха, температура которого t_в = 20 ⁰С.

Решение. Требуемая мощность на валу вентилятора при подаче воздуха с температурой t_г = 150 ⁰С

Количество воздуха с t_в = 20⁰С, подаваемого вентилятором:

Требуемая мощность на валу вентилятора при подаче воздухас с t_в = 20 ⁰С:

Изменение мощности на валу вентилятора:

Задача 1. По воздушному тракту подается воздух плотностью 1,29 кг/м³ в количестве V = 52000 м³/ч. Создаваемое при этом давление 600 Н/м². Подобрать вентилятор и определить его мощность.

Задача 2. Определить производительность вентилятора, если диаметр рабочего колеса увеличится с 400 до 500 мм. Начальная производительность вентилятора 5000 м³/ч.

Задача 3. Определить давление, создаваемое вентилятором, если число оборотов изменилось с 1440 до 1000 об/мин. Начальное сопротивление 68 кН/м².

Практическое занятие №4.

Расчет передачи тепла лучеиспусканием. Инфракрасный прогрев.

Целью практического занятия является ознакомление с методикой расчета теплообмена излучением.

Методика включает в себя 2 типа расчетов:

1. Расчет передачи тепла лучеиспусканием от газов.

2. Расчет инфракрасного излучения от нагревателей различного типа.

Передача тепла лучеиспусканием рассчитывается при обработке изделий дымовыми газами и при прогреве инфракрасными излучениями.

Тепловой поток от дымовых газов, Вт/м²,

,

где С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютного черного тела = 5,7 Вт/(м²К⁴);  – степень черноты оболочки;  – степень черноты полного нормального излучения материалов кладки печей;  – степень черноты дымовых газов;         – степень черноты углекислоты (рис.П.1.прил.) определяется в зависимости от температуры газа и произведения парциального давления углекислоты  и эффективной толщины газового слоя S, м,

S=3,6 V/F,

где V – объем, заполненный излучающим газом, м³; F – поверхность стен, ограничивающих этот объем, м²; для плоскопараллельного слоя толщиной S=1,1S₀; для пучка труб d, расположенных по квадрату с шагом 2d, S=3,5d;  – степень черноты водяного пара определяется по рис. П2 прил., аналогично ; β – поправочной коэффициент на пропорциональное давление , зависящий от  и S; β=1-1,15 тем больше, чем >  и меньше ; в среднем – 1,1;  – незначителен (можно не учитывать); Т_r и T_ст – абсолютная температура газов и стенки, К;  – поглощающая способность газа, зависящая от температуры стенки.

Количество тепла, воспринимаемого поверхностью, с температурой при инфракрасном излучении, Вт,

,

где Т₁ и Т₂ – абсолютная температура поверхностей.

Приведенная степень черноты поверхностей:

,

где F ₁ и F ₂ – площадь поверхностей, м².

Пример 1. Определить поток тепла лучеиспусканием от газов к стенкам, если температура газов 1000 ^оС, объемные доли СО₂ – 12 %, Н₂О – 10 %.

Размеры рабочего пространства 0,2х2х0,3 м.

Решение.

Парциальные давления Р_СО2 и Р_Н2О равнозначны их объемному содержанию в дымовых газах, т.е. Р_СО2 = 0, 12 и Р_Н2О = 0,1 атм. /абсолютная/ или соответственно 12 и 10 кН/м².

Эффективная толщина газового слоя

.

Произведение Р_СО2∙S = 12 ∙ 0,2 м∙кН/м²; Р_Н2О∙S = 10∙0,2 м∙кН/м².

Значение ε _СО2, ε _Н2О по графикам рис.П.1 и П.2 приложения при температуре 1000 ^оС.

Соответственно 0,062 и 0,032; при 900 ^оС – 0,67 и 0, 0367.

Поправка  в обоих случаях 1,08:

 ε _г = 0,062 + 1,08∙0,032 = 0,097;

А_г = ;

q = 5,7∙0,9[ 0,097∙(1273/100)⁴ – 0,11∙(1173/100)⁴] = 2980 Вт/м².

Пример 2.

Определить количество тепла, отводимого с 1 м² кирпичной стенки излучением к параллельной стенке, покрытой гладкой окисленной сталью t₁ = 215^оС, t₂ = 25 ^оС.

Решение.

Из табл. П.10 приложения определяем ε₁ = 0,9; ε₂ = 0,8:

ε_пр = ;

Q = 5,7∙0,735∙1∙[488/100 – 248/100] = 19988 Вт.

Задача 1. Определить поток лучеиспусканием от газов.

Таблица 3.6

Исходные данные для расчета

Задача 2

В пустотах ж/бетонных плит перекрытий установлены электрические стержневые излучатели с температурой поверхности равной        t₂ = 1100 ⁰C. Лучистый поток от излучателя составляет 8100 вт/м². Температура поверхности бетона равна t₁ = 80 ⁰C. Определить коэффициент теплопередачи лучеиспусканием (α=8 вт/м² град.).

Задача 3

Определить поток тепла лучеиспусканием при передаче тепла от металлического (стального) излучателя температурой 190 ⁰С к гипсовому изделию с температурой 100 ⁰С.

Задача 4

Деревянное изделие высушивается при температуре 60 ⁰С. Излучающими поверхностями являются стенки газоходов, покрытые асбестом и имеющие температуру 220 ⁰С. Определить удельный поток тепла лучеиспусканием.

Задача 5

Листы сухой штукатурки, покрытые бумагой, высушиваются при температуре 80 ⁰С. Определить коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием от стального излучателя, если его температура 300 ⁰С.

Задание 6

Определить коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием при передаче тепла кирпичной стенки температурой 900 ^оС (кирпич огнеупорный) к стене, покрытой известковой штукатуркой и имеющей температуру 60 ^оС.

Задание 7

Стальной излучатель температурой 1000 ^оС передает тепло параллельной стене с температурой 100 ^оС. В каком случае передача тепла лучше, если стена из алюминия или из оцинкованной стали?

Практическое занятие № 5.

Целью практического занятия является приобретение навыков расчетов длительности прогрева и остывания бетона с использованием уравнений нестационарной теплопроводности.

Прогрев и остывание бетона происходит за счет теплообмена теплопроводностью. Для определения необходимой длительности прогрева бетона применяются уравнения нестационарной теплопроводности.

При расчетах температуры материала в точке с координатой Х при его нагреве и охлаждении используются критериальные зависимости:

  θ = (t_c – t_ц)/ (t_c – t_н)= f(F₀, B_i, X/R),                                     

где θ – безразмерная температура; t_c, t_н – температуры среды и начальная тела, ^оС; F₀ – временной критерий Фурье; а – коэффициент температуропроводности, характеризующий скорость нагрева материала при равных условиях, м²/ч:

B_i – коэффициент Био – связывающий внешние условия теплообмена с теплопроводностью материла и его характерным для теплообмена размером.

Безразмерная температура в любой точке тепла и в любой момент времени равна произведению трех безразмерных температур на координатах X, Y, Z:

.

Пример.

Найти температуру центра и поверхности изделия, если время нагрева изделия τ=3ч, расчетная толщина его 2R=0,3, температура начальная изделия t_н=20^ºС, температура греющей среды t_c=100^ºC, коэффициент теплоотдачи α=11,6 м^{2 º}С; материал λ_м=1,3 Вт/(м ^ºС),    С=1,04 кДж/кг ^ºС; ρ=2200 кг/м³.

Вычисляем коэффициент температуропроводности:

a=3,6 м².

Вычисляем критерий Вио:

В_i=

Критерий Фурье F₀=

Находим по В_i, F₀ безразмерную температур:

  и искомую  ^оС.

Аналогично находим по В_i и F₀ безразмерную температуру:

  и искомую  ^оС.

Задача 1. Определить температуру центра бетонного изделия, если начальная температура t_н=10⁰С, температура горючей среды 100ºС.

Таблица 3.7

Исходные данные для расчета

Практическое занятие № 6.

Целью работы является определение комплексного теплообмена в ограждениях действующих тепловых установок.

Состав работы и последовательность выполнения:

1. Определение термического сопротивления ограждений.

2. Определение теплопотерь через ограждения.

3. Определение количества тепла, аккумулируемого конструкциями ограждений в период прогрева.

Следует отметить, что второй и третий пункты работы являются самостоятельными статьями теплового баланса.

Потери тепла через ограждения непрерывно действующих установок определяются по формуле, кДж/ч:

 ,

где t _в, t_{o . c} – температура внутри рабочего пространства и определяющей среды, ^оС.

Коэффициент теплопередачи

;                                      (3.2)

где α₁, α₂ – коэффициент теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях стен, вт/(м^{2 о}С);  – термическое сопротивление многослойной стенки, м^{2  о}С /вт;  – коэффициент теплопроводности каждого слоя.

Тепло аккумулированное стенками камеры

                                         (3.3)

определяется по расчетам поля температур или по формуле (3.3),

где λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ^оС); а – коэффициент температуропроводности, м²/ч; t _н – начальная температура стены, ^оС; t _п – температура поверхности стены при прогреве, ^оС;               – время прогрева, ч.

Пример.

Ограждение тепловой установки выполнено из сборного железобетона δ = 400 мм. Теплопроводность материала стен λ = 1,57 Вт/(м∙^оС). Коэффициент теплоотдачи от среды к стене α₁ = 40,6 Вт/(м²∙^оС). Коэффициент теплоотдачи α₂ = 5,8 Вт/(м²∙^оС) в окружающую среду. Температура внутри установки 80 ^оС, наружная температура 20 ^оС. Определить тепловой поток через ограждение установки.

Решение.

1.Определяем коэффициент теплопередачи по формуле (3.2):

2.Определяем тепловой поток через ограждение, Вт/м²:

q = к ∙ (t_в – t_о.с.) = 2,16∙ (80 -20) = 130 Вт/м².

Задача 1 Определить потери тепла через ограждения тепловой установки.

Таблица 3.8

Исходные данные для расчета

№ варианта	Материал стен	λ, Вт/         (м∙оС)	, Вт/     (м2∙оС)	, Вт/          (м2∙оС)	tв, оС	tн, оС	, мм
1	Железобетон	1,57	50	4,5	55	25	400
2	Шлакобетон	0,53	60	5,0	60	24	400
3	Кирпич	0,82	70	5,5	65	23	400
4	Керамзитобетон	0,41	80	6,0	70	22	400
5	Железобетон	1,55	90	6,5	75	21	300
6	Шлакобетон	0,59	100	7,0	80	20	300
7	Керамзитобетон	0,72	105	7,5	85	19	300
8	Железобетон	1,50	110	8,0	90	18	250
9	Шлакобетон	0,50	115	8,5	95	17	250
10	Керамзитобетон	1,45	120	9,0	100	16	250

Задача 2.

Рассчитать количество аккумулированного тепла через 1 м² стен пропарочных камер, если прогрев ведется 3 ч. при средней температуре поверхности стенки t_п = 90 ^оС от начальной t_н = 95 ^оС. Стены выполнены из железобетона λ = 1,55 Вт/м ^оС, с = 1,25 кДж/кг^оС.

Задача 3.

Рассчитать количество аккумулированного тепла через 1 м² стен пропарочных камер, если прогрев ведется 4 ч. при средней температуре поверхности стенки t_п = 85 ^оС. Стены выполнены из шлакобетона λ = 0,53 Вт/м ^оС, с = 0,75 кДж/кг^оС, ρ  = 1200 кг/м³.

Задача 4.

Рассчитать количество аккумулированного тепла через 1 м² стен пропарочных камер, если прогрев ведется 4,5 ч. при средней температуре поверхности стенки t_п = 75 ^оС от начальной t_н = 20 ^оС. Стены выполнены из кирпича λ = 0,82 Вт/м ^оС, ρ = 1800 кг/м³.

Задача 5.

Рассчитать количество аккумулированного тепла через 1 м² стен пропарочных камер, если прогрев ведется 5 ч. при средней температуре поверхности стенки t_п = 70 ^оС от начальной t_н = 15 ^оС. Стены выполнены из железобетона λ = 1,55 Вт/м ^оС, ρ = 2400 кг/м³, с =               =1,25 кДж/кг^оС.

Пример 6.

Стены камеры выполнены из двух железобетонных плит δ₁ =                   =δ₂ = 140 мм, с воздушной прослойкой между ними равной 50 мм. Определить общее термическое сопротивление стенки, если λ ₁ = λ ₂ = =1,56 Вт/м^оС, λ ₃ = 0,024 Вт/м^оС.

Практическое занятие № 7.

Расчет тепловыделения цементов и бетонов.

Целью работы является определение количества тепла экзотермии при тепловлажностной обработке бетона. Эта величина является приходной статьей теплового баланса.

Последовательность выполнения занятия:

1. Определяется режим тепловлажностной обработки.

2. По выбранному режиму находим число градусо-часов прогрева.

3. Вычисляем удельное тепловыделение.

Количество тепла, выделяющееся в бетоне при его тепловой обработке, зависит от активности цемента, водоцементного отношения, средней температуры бетона и продолжительности прогрева.

                                     (9.4)

где

a = 0,32 + 0,002  ,если 290 град∙ч.

a = 0,84 + 0,002  ,если 290 град∙ч.

Пример.

Определить тепло экзотермии цемента в изделии толщиной             δ= 100 мм. Удобоукладываемость смеси 60 с; водоцементное отношение 0,45; М – 300; начальная температура t₁ = 20 ^оС; t₂ = 80 ^оС;              t₃ = 40^оС.

Решение.

Принимаем режим тепловой обработки 2,5+6+1,5 ч при толщине до 100 мм (по нормам технологического проектирования).

Тогда

;

;

При толщине изделия 100-200 мм режим тепловлажностной обработки 3,5+10+2,5 ч:

;

;

Задача 1.

Рассчитать тепло экзотермии цемента, выделяющееся при тепловой обработке бетонных изделий из бетона, имеющего удобоукладываемость 60 с.

Таблица 3.9

Исходные данные и варианты

Практическое занятие №8.

Расчет расходов тепла на нагрев изделия при электропрогреве.

Состав работы и последовательность выполнения:

1. Определение удельного теоретического расхода;

2. Определение удельных расходов тепла и электроэнергии с учетом влияния формы и теплопотерь в окружающую среду.

Удельный расход тепла в период нагрева бетона:

В период изотермического выдерживания:

                               (3.4)

Пример.

Определить удельный расход электроэнергии и количество тепла, необходимое для прогрева 1 м³ бетона. При ρ = 2400 кг/м³ с =           =0,84 кДж/(кг °С); режим ч при изотермической температуре 80 ºС. Модуль открытой поверхности изделия М_n=8. Средняя толщина стенок металлических δ=0,008 м, С_ф=2,4 кДж/           (кг °С), ρ=7500 кг/м³. Коэффициент теплоотдачи в окружающую среду к= 23,2 Вт/м² °С; t₁=t_окр=20ºС.

Решение.

1. Удельная мощность прогрева бетона:

2. Удельная мощность прогрева формы:

3. Удельная мощность, затрачиваемая на потери тепла в окружающую среду:

4. Удельная мощность эквивалентна экзотермическому теплу:

5. Полная удельная мощность, расходуемая в период прогрева:

6. Удельный расход электроэнергии в период подогрева:

7. Удельная мощность в период изотермической выдержки:

8. Удельный расход электроэнергии для тепловлажностной обработки:

9. Удельный расход электроэнергии для тепловлажностной обработки:

10. Количество тепла, необходимого для тепловлажностной обработки:

Задача 1.

Определить расход тепла в период подогрева. Варианты – в табл. 3.11.

Таблица 3.10

Задание по определению удельного расхода тепла в период подогрева

Практическое задание № 9.

Расчет пропарочной камеры периодического действия.

Целью работы является определение расчетных данных для установок периодического действия.

Состав работы и последовательность выполнения:

Определение производительности и необходимого количества установок для ямных пропарочных камер.

Для расчета ямной пропарочной камеры вычерчивается эскиз раскладки изделий в установке с соблюдением необходимых размеров и промежутков.

Производительность установки тепловой обработки цикличного действия зависит от размера каме

123456Следующая ⇒

Поделиться:

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности