Как разработать модель скорости охлаждения стальной трубы на воздухе?

Я пытаюсь разработать уравнение для определения скорости охлаждения стальной трубы на воздухе. Я использую закон Фурье, закон Стефана-Больцмана, закон Ньютона, а также уравнение удельной теплоемкости. Трубка передает тепло за счет излучения и конвекции воздуху и передает тепло за счет теплопроводности стальному охлаждающему слою, на котором она лежит. Уравнение, которое я определил из них,

Т т ты б е , ф я н а л "=" Т т ты б е , я н т я а л − ( Вопрос ˙ р а г я а т я о н + Вопрос ˙ с о н в е с т я о н + Вопрос ˙ с о н г ты с т я о н ) × Δ т р В С п
где,
Вопрос ˙ р а г я а т я о н "=" ϵ о А ( Т т ты б е , я н я т я а л 4 − Т а я р 4 ) ,
Вопрос ˙ с о н в е с т я о н "=" час А ( Т т ты б е , я н я т я а л − Т а я р ) ,
Вопрос ˙ с о н г ты с т я о н "=" к А Т т ты б е , я н т я а л − Т с о о л я н г б е г г Икс .
Термодинамические свойства стали:
С п "=" 416 Дж к г К
р "=" 7667 к г м 3
к "=" 24,2 Вт м К
ϵ "=" 0,86
Мои предположения, составляющие это уравнение:

  • Температура воздуха и температура охлаждающего слоя находятся на постоянном уровне 300 К.
  • Зависимые от температуры свойства постоянны.
  • Коэффициент теплопередачи составляет 5 Вт/(м^2К).
  • Температура по всей трубе постоянна.

Я знаю, что трубка начинается примерно с 1300 К и падает примерно до 1150 К примерно за 40 секунд, когда я использую это уравнение, хотя я получаю очень низкие конечные температуры, иногда даже отрицательные. Можете ли вы помочь указать мне в правильном направлении?

Исправление: температура постоянна по всей трубе, а не постоянна.
Кажется, у вас опечатка в единицах измерения коэффициента теплопередачи. Я думаю, было бы также полезно указать радиус стального компонента (как внутреннего, так и внешнего, если компонент полый).
Трубка имеет наружный диаметр 145 мм, внутренний диаметр 129 мм и длину 29 м.
Температура охлаждающего слоя не будет постоянной, если на нем лежит очень горячая трубка. Конвекция будет сильно ограничена, потому что воздух не может попасть под трубу. Я предлагаю вам использовать другую математическую модель, где есть общий коэффициент теплопередачи, который можно определить из граничных условий при т "=" 0 и т "=" 40 с .

Ответы (1)

Вычислять из физики для таких ситуаций всегда немного рискованно. Я думаю, что два предположения довольно далеки от реальности. Температура трубки, конечно, непостоянна. Он находится в контакте с охлаждающим слоем, температура которого составляет 300К. Так что часть трубки, которая соприкасается, тоже должна быть на 300К. Так что градиент действительно очень большой. Во-вторых, предположение о постоянном значении свойств, зависящих от температуры, неверно для такого большого изменения. Это может очень легко дать вам результаты, на порядки отличающиеся от экспериментальных результатов.

Спасибо за ваш комментарий, но это никоим образом не дает предложения или помощи.
@Lahey, вы попросили кого-нибудь помочь указать вам правильное направление, и этот ответ сделал это, указав, что вам, возможно, придется пересмотреть свои предположения о постоянной температуре в трубке и постоянных термодинамических свойствах.
Эти свойства существенно не меняются с температурой, и у меня нет ни данных, ни средств для их получения. Температура трубки также предполагается постоянной, потому что у меня также нет возможности получить эти данные.
Как разработать модель скорости охлаждения стальной трубы на воздухе?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v