teplo-2 (2 ДЗ, 7 Вариант, Афанасьев В. Н.)

МГТУ им. Н. Э. Баумана

«ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»

Домашнее задание №2

«Конвективный обмен при вынужденном и свободном движении жидкости»

Вариант: 7

Группа:

Студент:

Преподаватель: Афанасьев В.Н.

Москва 2018 г

Задание №2

Конвективный теплообмен при вынужденном и свободном движении жидкости

Условие задания:

Тепло горячей воды, движущейся внутри круглой горизонтальной трубы, передаётся воздуху, омывающему трубу по наружной поверхности свободным потоком.

Требуется определить:

1. Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы и от наружной поверхности трубы к воздуху.

2. Коэффициенты теплопередачи от воды к воздуху, отнесенные к одному погонному метру длины трубы, а также к ее внутреннему и наружному диаметрами (кривизной стенки не пренебрегать!)

3. Тепловой поток на единицу длины трубы.

4. Полное количество тепла, передаваемое через стенку трубы от воды к воздуху.

5. Температуру внутренней и наружной поверхностей стенки трубы.

Дано:

Внутренний диаметр трубы

Толщина стенки трубы δ = 3 мм;

Длина трубы l = 1,3 м;

Материал трубы - латунь;

Коэффициент теплопроводности

Средняя скорость воды w = ;

Средняя температура воды

Температура воздуха, окружающего трубу

Решение:

1. Определить коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы, для этого необходимо:

   1. Для определения режима движения воды находим критерий Рейнольдса:

1. Определить критерий Нуссельта.

Поскольку , режим движения воды устойчивый турбулентный и поэтому для определения коэффициента теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы используется уравнение:

При данном значении критерия Рейнольдса и отношении из таблицы 2 находим

Для воды при температуре

- критерий Прандтля:

- коэффициент теплопроводности:

Для нахождения предварительно зададимся температурой стенки трубы со стороны воды. Принимаем температуру стенки равно температуре воды и тогда .

Найдем значение критерия Нуссельта для данного режима течения:

1.3. Определить коэффициенты теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы:

1. Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы к воздуху, для этого необходимо:

2.1. Определить значение критерия Грасгофа:

Тогда критерий Нуссельта будет равен:

Определить коэффициент теплоотдачи от наружной стенки трубы к воздуху:

1. Определить коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, отнесенный к единице длины трубы:

1. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутреннему диаметру трубы:

1. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружному диаметру трубы:

1. Тепловой поток на единицу длины трубы:

1. Полное количество передаваемого тепла:

1. Определить локальные температуры внутренней и внешней поверхности стенки трубы

Проверка:

Для найденных температур находим критерии Нуссельта и Грасгофа:

Вычисляем величину ошибки:

Таким образом погрешность не превышает 5%, следовательно, температуры найдены правильно.