Рд 10 606 03 приложение а. Об утверждении инструкции по визуальному и измерительному контролю

Cтраница 1

Теплопроводность воды примерно в 5 раз выше теплопроводности масла. Она увеличивается с увеличением давления, но при давлениях, имеющих место в гидродинамических передачах, ее можно принять постоянной.  

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз превышает теплопроводность воздуха. В соответствии с этим увеличивается скорость теплопотери при погружении тела в воду или соприкосновении с ней, а это в значительной мере определяет теплоощущение человека на воздухе и в воде. Так, например, при - (- 33 воздух кажется нам теплым, а такая же температура воды - безразличной. Температура воздуха 23 кажется нам безразличной, а вода такой же температуры - прохладной. При - (- 12 воздух кажется прохладным, а вода - холодной.  

Теплопроводность воды и водяного пара г несомненно, изучена лучше всех других веществ.  

Динамическая вязкость (х (Па-с некоторых водных растворов.| Изменение массовой теплоемкости водных растворов некоторых солей в зависимости от концентрации раствора.| Теплопроводность некоторых растворов в зависимости от концентрации при 20 С.

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопроводность водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.  

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов) и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастая и лишь затем начиная уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.  

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов), и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастает и лишь затем начинает уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.  

Динамическая вязкость ц (Па-с некоторых водных растворов.| Изменение массовой теплоемкости водных растворов некоторых солей в зависимости от концентрации раствора.| Теплопроводность некоторых растворов в зависимости от концентрации при 20 С.

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопровод-кость водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.  

Теплопроводность воды, водных растворов солей, спиртоводных растворов и некоторых других жидкостей (например, гликолей) возрастает с повышением температуры.  

Теплопроводность воды очень незначительна по сравнению с теплопроводностью других веществ; так, теплопроводность пробки - 0 1; асбеста - 0 3 - 0 6; бетона - 2 - 3; дерева - 0 3 - 1 0; кирпича-1 5 - 2 0; льда - 5 5 кал / см сек град.  

Теплопроводность воды X при 24 равна 0 511, теплоемкость ее с 1 ккал кг С.  

Теплопроводность воды прн 25 равна 1 43 - 10 - 3 кал / см-сек.  

Поскольку теплопроводность воды (Я 0 5 ккал / м - ч - град) примерно в 25 раз больше, чем у неподвижного воздуха, вытеснение воздуха водой повышает теплопроводность пористого материала. При быстром замораживании и образовании в порах строительных материалов уже не льда, а снега (Я 0 3 - 0 4), как показали наши наблюдения, теплопроводность материала, наоборот, несколько уменьшается. Правильный учет влажности материалов имеет большое значение для теплотехнических расчетов сооружений как надземных, так и подземных, например водоканализационных.  

Теории явлений переноса, основанные на статистическом методе Гиббса, ставят перед собой задачу получить кинетические уравнения, из которых можно найти конкретный вид неравновесных функций распределения. Предполагается, что неравновесная функция распределения системы имеет квазиравновесную форму, причем температура, плотность числа частиц и их средняя скорость зависят от

пространственно-временных координат. Корреляция последовательных столкновений достигается тем, что учитываются не только жесткие столкновения (обусловленные отталкиванием), но и так называемые мягкие столкновения (обусловленные притяжением), в результате чего частицы движутся по искривленным траекториям.

Наибольшей известностью пользуется метод Кирквуда, в котором мягкие соударения определяют коэффициент трения. Согласно Эйнштейну - Смолуховскому коэффициент трения

где постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура и коэффициент самодиффузии.

Корреляция взаимодействия окружающих частиц с данной частицей по Кирквуду осуществляется на протяжении характерного времени та, по прошествии которого силы, действующие со стороны других частиц на данную, рассматриваются как некоррелированные Причем величина времени корреляции взаимодействия должна быть меньше характеристического времени релаксации макроскопических характеристик вещества.

Для коэффициента теплопроводности Кирквуд получает следующее выражение

где число частиц в единице объема, радиальная равновесная функция распределения частиц, -потенциал парных сил.

Кроме того, что для вычисления № по эгой формуле необходимо знать с большой точностью не только но и ее производные, а также (что само по себе представляет пракшчески неразрешимую в настоящий момент задачу) Недавно было показано, что кинетические коэффициенты нельзя непосредственно разлагать в ряд по степеням плотности, как целает Кирквуд, а необходимо использовать более сложное разложение. Это связано с необходимостью учитывав повторные соударения частиц, уже скоррелированные в

результат предыдущих столкновений с другими частицами. В связи с перечисленными трудностями приходится прибегать к модельным методам исследования.

Среди модельных работ представляют интерес работы, основанные на представлениях о характере теплового движения в жидкостях, при котором перенос тепла определяется посредством гиперакустических колебаний среды (фононов). Такой подход учитывает коллективный характер движения молекул в жидкости. При этом теплопроводность К определяется, например, следующим образом (формула Сакиадиса и Котеса)

где - скорость гиперзвука; теплоемкость при постоянном давлении, среднее расстояние между молекулами, плотность.

Помимо модельного подхода имеют место и полуэмпирические соотношения для теплопроводности (Филиппов,

Теплопроводность примерно в 5 раз меньше теплопроводности (табл. 43). Четыреххлористый углерод - обычная жидкость, для которой имеет место, как и для всех других жидкостей, уменьшение скорости звука с ростом температуры, уменьшение теплопроводности и рост теплоемкости. У воды при малых температурах все наоборот. Характер изменения всех этих свойств в воде напоминает характер их изменения для обычных веществ в газообразном состоянии. В самом деле, теплопроводность газа растет с ростом температуры

Средняя скорость молекул, теплоемкость и длина свободного пробега).

Для примера ниже приводится зависимость теплопроводности воздуха при атмосферном давлении для ряда температур.

Изменение теплопроводности при плавлении льда I и дальнейшее изменение Т с ростом температуры жидкой воды представлено на рис. 57, откуда видно, что теплопроводность при плавлении льда I уменьшается приблизительно в

Таблица 43 (см. скан) Температурные зависимости теплопроводностей воды и четыреххлористого углерода

4 раза. Исследование изменения теплопроводности переохлажденной воды вплоть до -40°С показывает, что переохлажденная вода не имеет никаких особенностей при 0°С (табл. 43). Для иллюстрации нормального температурного хода теплопроводности представлена зависимость теплопроводности от температуры. Теплопроводность монотонно уменьшается с ростом температуры.

Все нормальные жидкости с ростом давления изменяют знак изменения теплопроводности с температурой. Для большого класса жидкостей это изменение имеет место при давлении Теплопроводность воды не изменяет характера температурной зависимости под давлением. Относительная величина увеличения теплопроводности воды при давлении составляет -50%, в то время как для

других нормальных жидкостей это увеличение при том же давления составляет (рис. 58).

Зависимость К от давления для воды представлена на рис. 58. Такое маленькое относительное увеличение теплопроводности воды с ростом давления связано с малой сжимаемостью воды по сравнению с другими жидкостями, которая определяется характером сил межмолекулярного взаимодействия.

Рис. 57. Зависимость теплопроводности воды и от температуры

Рис. 58. Зависимость от температуры теплопроводности и силиконового масла для ряда давлений

Содержание раздела

Теплопроводность обусловлена зависящими от местной температуры движениями микроструктурных элементов. В жидкостях и газах микроструктурными движениями являются беспорядочные молекулярные движения, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры. В твердых металлах при средних температурах передача тепла происходит вследствие движения свободных электронов. В неметаллических твердых телах теплопроводность осуществляется упругими акустическими волнами, образующимися вследствие смещений всех молекул и всех атомов из их равновесных положений. Выравнивание температуры из-за теплопроводности понимают, как переход к беспорядочному распределению накладывающихся друг на друга волн, при котором распределение энергии колебаний равномерно во всем теле. В практических условиях теплопроводность в наиболее чистом виде наблюдается в твердых телах.

В основе теории теплопроводности лежит закон Фурье, связывающий перенос тепла внутри тела с температурным состоянием в непосредственной близости от рассматриваемого места – выражается следующим образом:

dQ/dτ= - λF*dt/dl,

где: dQ/dτ – скорость перехода тепла (количество тепла за единицу времени); F – площадь сечения, нормального к направлению теплового потока; dt/dl – изменение температуры в направлении теплового потока, т.е. температурный градиент.

Коэффициент λ выражается в Вт/м⋅К (ккал/м⋅час⋅град), называется коэффициентом теплопроводности, он зависит от физико-химических свойств материала и температуры материала. Коэффициент λ показывает сколько тепла пойдет в час через материал поверхностью в 1 м 2 , толщиной в 1 м при разности температур в 1°. В табл. 7.15; 7.16 приведены значения коэффициентов теплопроводности металлов, воздуха, водяного пара, воды при различных температурах. Теплопроводность огнеупоров и теплоизоляционных материалов см. раздел 10.

Воздух проводит тепло примерно в 100 раз меньше, чем твердые тела. Вода проводит тепло примерно в 25 раз больше, чем воздух. Влажные материалы проводят тепло лучше, чем сухие. Наличие примесей, особенно в металлах, может вызвать изменение теплопроводности на 50–75%.

Стационарная теплопроводность. Теплопроводность называется стационарной, если вызвавшая ее разность температур ∆t сохраняется неизменной.

Количество тепла Q, прошедшее через материал (стенку) путем теплопроводности, зависит от толщины материала (стенки) – S, м; разности температур ∆t,°С; поверхности – F, м 2 и определяется уравнением:

Q = λ (t 1 – t 2)/S , Вт (ккал/час).

Коэффициент теплопередачи здесь будет равен λ/S , т.е. он прямо пропорционален коэффициенту теплопроводности λ и обратно пропорционален толщине стенки – S.

Нестационарная теплопроводность. Теплопроводность называется нестационарной, если вызывающая ее разность температур ∆t является величиной переменной.

Скорость прогрева твердых тел прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности материала ë и обратно пропорциональна объемной теплоемкости Сρ, характеризующей аккумулирующую способность, отношение которых называется коэффициентом температуропроводности:

a = λ/Сρ , м 2 /час.

Для процессов нестационарной теплопроводности коэффициент температуропроводности «а» имеет такое же значение, как коэффициент теплопроводности «λ» при стационарном режиме теплопередачи.

Продолжительность прогрева стенки с достаточной для технических расчетов точностью можно определить по формуле Грум-Гржимайло:

τ ≈ 0,35 S 2 /a, час, где: S – толщина стенки; а – коэффициент температуропроводности (для шамота 0,0015–0,0025 м 2 /час).

Продолжительность прогрева кладки из шамотного огнеупорного кирпича: τ ≈ 175 ⋅ S 2 , час.

Глубину прогрева стенки любой толщины и при любом изменении температуры поверхности можно определить по формуле:

S ПР = 0,17 ⋅ 10 -3 t П.СР ⋅ √τ, м,

где: t П.СР – средняя температура поверхности за период нагрева в °С.

Если S ПР будет больше, чем толщина материала (стенки) S, то наступает стационарный процесс. Если S ПР < S, то количество тепла, аккумулированное стенкой Q АКК. можно определить по формуле Грум-Гржимайло:

Q АКК. = 0,56 ⋅ t ПОВ. √t П.СР ⋅ τ , ккал/м 2 ⋅ период.

Q АКК. = 2,345 ⋅ t ПОВ. √t П.СР ⋅ τ , кДж/м 2 ⋅ период.

Здесь t ПОВ. – температура поверхности стенки в °С к концу периода нагрева; τ – час.

Таблица 7.15. Теплопроводность металлов, значения ë даны в Вт/м ⋅ К (ккал/м ⋅ ч ⋅ град)

Металлы и сплавы	Температура плавления, °С	Температура, °С
0	100	200	300	400	500
1	2	3	4	5	6	7	8
Алюминий	659	202,4 (174)	204,7 (176)	214,6 (184,5)	230,3 (198)	248,9 (214)	-
Железо	1535	60,5 (52,0)	55,2 (47,5)	51,8 (44,5)	48,4 (41,6)	45,0 (38,7)	39,8 (34,2)
Латунь	940	96,8 (83,2)	103,8 (89,2)	108,9 (93,6)	114,0 (98,0)	115,5 (99,3)	-
Медь	1080	387,3 (333)	376,8 (324)	372,2 (320)	366,4 (315)	508,6 (312)	358,2 (308)
Никель	1450	62,2 (53,5)	58,5 (50,3)	57,0 (49)	55,2 (47,5)	-	-
Олово	231	62,2 (53,5)	58,5 (50,3)	57,0 (49)	-	-	-
Свинец	327	34,5 (29,7)	34,5 (29,7)	32,9 (28,3)	31,2 (26,8)	-	-
Серебро	960	418,7 (360)	411,7 (354)	-	-	-	-
1	2	3	4	5	6	7	8
Сталь (1%С)	1500	-	44,9 (38,6)	44,9 (38,6)	43,3 (37,2)	39,8 (34,2)	38,0 (32,7)
Тантал	2900	55,2 (47,5)	-	-	-	-	-
Цинк	419	112,2 (96,5)	110,5 (95,0)	107,1 (92,1)	101,9 (87,6)	93,4 (80,3)	-
Чугун	1200	50,1 (43,1)	48,4 (41,6)	-	-	-	-
Чугун высококремнистый	1260	51,9 (44,6)	-	-	-	-	-
Висмут	271,3	8,1 (7,0)	6,7 (5,8)	-	-	-	-
Золото	1063	291,9 (251,0)	294,2 (253,0)	-	-	-	-
Кадмий	320,9	93,0 (80,0)	90,5 (77,8)	-	-	-	-
Магний	651	159,3 (137)	-	-	-	-	-
Платина	1769,3	69,5 (59,8)	72,4 (62,3)	-	-	-	-
Ртуть	- 38,87	6,2 (5,35)	9,87 (8,33)	-	-	-	-
Сурьма	630,5	18,4 (15,8)	16,7 (14,4)	-	-	-	-
Константан (60%Cu + 40%Ni)		22,7 (19,5)	26,7 (23,0)	-	-	-	-
Манганин (84%Cu + 4%Ni + + 12%Mn)		22,1 (19,0)	26,3 (22,6)	-	-	-	-
Никелевое серебро		29,1 (25,0)	37,2 (32,0)	-	-	-	-

Таблица 7.16. Коэффициенты теплопроводности воздуха, водяного пара и воды, Вт/м ⋅ К (ккал/м ⋅ ч ⋅ град)

Среда	Температура °С
0	100	200	300	500
Воздух	0,0237 (0,0204)	0,03 (0,0259)	0,0365 (0,0314)	0,0420 (0,0361)	0,0526 (0,0452)
Водяной пар	-	0,0234 (0,0201)	0,03 (0,0258)	0,0366 (0,0315)	-
	0	20	30	70	100
Вода	0,558 (0,48)	0,597 (0,513)	0,644 (0,554)	0,663 (0,57)	0,682 (0,586)

Для определения теплопотерь через стены топки, через неэкранированные стены котла и для определения температур наружной поверхности используют графики и диаграммы см. Приложения.

Нормы тепловых потерь и предельные толщины тепловой изоляции приведены в таблице 7.17; 7.18; 7.19.

Таблица 7.17. Предельные толщины тепловой изоляции для трубопроводов, прокладываемых в помещениях и на открытом воздухе Таблица 7.18. Предельные толщины тепловой изоляции для водяных теплопроводов, прокладываемых в непроходных каналах Таблица 7.19. Нормы тепловых потерь изолированными поверхностями внутри помещений электростанций с расчетной температурой воздуха 25° С, Вт/м

Наружный диаметр трубы,мм	Температура теплоносителя, °С														Наружный диаметр трубы,мм
50	75	100	125	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
	12 14 15 16 17 19 26 31	19 23 26 28 30 32 38 47	27 33 36 38 43 45 52 62	35 41 46 50 57 61 68 76	43 50 57 62 68 72 79 88	58 68 76 84 91 95 105 117	74 86 98 105 115 122 130 146	90 105 119 126 140 147 159 177	105 122 138 149 164 173 186 205	121 139 158 169 188 198 212 234	136 158 170 192 218 225 238 263	152 175 199 213 236 250 264 291	168 194 221 235 262 275 291 331	183 213 242 255 285 300 318 349	20 32 48 57 76 89 108 133
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
	36 40 44 49 52 58 62 70 77 95 110 128 157 174 244 308 337 58	52 58 60 69 76 81 87 96 105 128 145 168 192 221 303 372 425 68	70 77 81 91 99 107 114 127 139 163 186 209 238 262 349 431 447 76	84 93 99 110 121 130 139 155 169 198 221 256 279 308 407 500 570 85	98 108 116 129 142 152 163 180 198 227 256 279 320 349 465 580 630 93	130 144 154 166 186 204 221 238 256 294 325 366 400 430 582 700 768 110	163 178 192 213 233 254 273 294 314 360 395 448 483 523 680 837 907 127	193 212 228 254 279 303 326 353 379 430 470 518 558 610 790 965 1045 144	213 247 264 295 324 349 374 406 435 495 547 600 645 700 910 1090 1190 160	256 282 302 336 369 400 430 465 500 565 616 675 727 780 998 1230 1340 178	287 318 337 375 413 448 482 520 558 628 686 750 808 866 1130 1245 1475 195	318 350 371 416 460 498 536 577 618 700 762 825 885 948 1235 1485 1630 210	349 384 410 458 505 547 586 633 680 767 830 900 970 1035 1340 1625 1750 228	378 416 445 498 550 598 645 693 738 825 900 975 1045 1115 1450 1740 1910 244	159 194 219 273 325 377 426 478 529 630 720 820 920 1020 1420 1820 2000 Плоская стенка, м 2

Примечание:

Для оборудования и трубопроводов, работающих на отборах пара и дренажах, значения, полученные по таблице, умножают на следующие коэффициенты:

Диаметр, мм 32 108 273 720 1020 2000 (и плоская стенка)

Коэффициент 1,01 1,06 1,09 1,12 1,16 1,22

Под теплопроводностью понимается способность различных тел проводить теплоту во все стороны от точки приложения нагретого предмета. Теплопроводность возрастает по мере увеличения плотности вещества, потому что тепловые колебания легче передаются в более плотном веществе, где отдельные частицы расположены ближе одна к другой. Этому закону подчиняются и жидкости.

Теплопроводность определяется количеством калорий, проходящих в 1 сек. через площадь в 1 см2 при падении температуры на 1° на протяжении 1 см пути. По теплопроводности вода занимает место между стеклом и эбонитом и почти в 28 раз превосходит воздух.

Теплоемкость воды . Под удельной теплоемкостью понимается то количество теплоты, которое может нагреть 1 г массы вещества на 1 °. Это количество теплоты измеряется калориями. За единицу теплоты принимается грамм-калория. Вода воспринимает при 14-15° большее количество теплоты, чем другие вещества; например, количество тепла, потребное для нагрева 1 кг воды на 1°, может нагреть на 1° 8 кг железа или 33 кг ртути.

Механическое действие воды

Наиболее сильным механическим действием отличается душ, наиболее слабым - полные ванны. Сравним механическое влияние, например, душа Шарко и полных ванн.
Дополнительное давление воды на кожу в ванне, где столб воды не превышает 0,5 м, составляет около 0,005, или 1,20 атмосферного давления, а сила удара водяной струи в душе Шарко, направленной на тело с расстояния 15-20 м, равняется 1,5- 2 атмосферам.

Независимо от температуры применяемой воды, под влиянием душа наступает энергичное, расширение кожных сосудой немедленно после падения на тело водяной струи. Одновременно проявляется возбуждающее действие душа.

Для исследования механического действия морских и речных: купаний применима формула F=mv2/2, где сила F равняется половине произведения массы т на квадрат скорости v2. Механическое действие морской и речной волн зависит не столько от массы воды, надвигающейся на тело, сколько от скорости, с которой совершается это движение.

Вода как химический растворитель . Вода обладает способностью растворять различные минеральные соли, жидкости и газы, от этою усиливается раздражающее действие воды. Большое значение придается ионному обмену, происходящему между водой и телом человека, погруженным в минерализованную ванну.

При нормальном давлении (т. е. при нулевой температуре) один объем воды поглощает 1,7 объема углекислоты; при повышении давления растворимость углекислоты в воде значительно повышается; при двух атмосферах давления при температуре в 10° растворяются три объема углекислоты вместо 1,2 объема при нормальном давлении.

Теплопроводность углекислоты в два раза меньше теплопроводности воздуха и в тридцать раз меньше теплопроводности воды. Этим свойством воды пользуются для устройства различных газовых ванн, заменяющих иногда минеральные источники.