termodinamika_zada4i_Zadachnik_po_termod inamike (Задачник по термодинамике), страница 4

Задача 2.3.5

Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при течении воздуха в плоской трубе сечением 3х20мм. Температура воздуха 120ºС, температура стенки трубы 80ºС, скорость воды 20,0 м/с. Кинематическая вязкость воздуха при 120ºС равна 25,45∙10^-6 м²/с. Теплопроводность воздуха λ_ж=0,26 Вт/м∙К.

Задача 2.3.6

Определить коэффициент теплоотдачи от вертикальной плиты Н = 2 м к окружающему спокойному воздуху, если известно, что температура поверхности плиты t_c = 100 ºС; температура окружающего воздуха вдали от поверхности t_r = 20 ºС. Физические параметры воздуха при средней температуре t_Г = 0,5·(100 – 20) = 60 ºС из таблиц следующие:

Задача 2.3.7

Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности λ_экв и плотность теплового потока q через вертикальную щель толщиной δ = 20 мм, заполненную воздухом. Температура горячей поверхности t_C1 = 200 ºС и холодной t_C2 = 80 ºС. За определяющий размер принимается ширина щели δ расчетная разность температур Δt = t_C1 – t_C2; За определяющую температуру воздуха принимается t_Ж = 0,5·(200 + 80) = 140 ºС, при этой температуре:

Рисунок к задаче 2.3.7

Задача 2.3.8

Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании воздухом коридорного пучка труб, состоящего из четырех рядов. Наружный диаметр труб 8 мм, длины всех труб одинаковы. Шаг труб по фронту и в глубину S = 12 мм. Средняя скорость воздуха между трубами 20 м/с. Температура воздуха 30 ºС, кинематическая вязкость ν = 16·10^-6 м²/с, теплопроводность λ = 0,026 Вт/м·К

Указание: расчет ведется по критериальному уравнению:

Задача 2.3.9

Вычислить средний коэффициент теплопередачи при поперечном обтекании воздухом трубы диаметром 10 мм. Скорость воздуха 20 м/с, температура t_Ж = 40 ºС, кинематическая вязкость ν_Ж = 16,96·10^-6 м²/с, теплопроводность λ_Ж = 0,0276 Вт/м·К

Указание:

Задача 2.3.10

Вычислить средний коэффициент теплопередачи при поперечном обтекании воздухом плоской трубы сечением . Скорость воздуха 15 м/с, его температура t_Ж = 40 ºС, кинематическая вязкость ν_Ж = 16,96·10^-6 м²/с, теплопроводность λ_Ж = 0,0276 Вт/м·К

Указание:

Задача 2.3.11

Определить температуру тонкой теплоизолированной пластины продольно обтекаемой потоком газа. Скорость газа 2000 м/с, статическая температура потока 480 К, коэффициент адиабаты k = 1,22, молярная масса газа 23 кг/моль. Лучистым теплообменом и теплоемкостью пластины пренебречь. Режим течения в пограничном слое считать турбулентным.

Задача 2.3.12

Вычислить средний коэффициент теплопередачи при поперечном обтекании воздухом плоской трубы сечением . Скорость воздуха 25 м/с, его температура t = 160 ºС, плотность воздуха ρ = 0,815 кг/м³, μ = 24,5·10^-6 Па·с, теплопроводность λ = 0,0364 Вт/м·К

Задача 2.3.13

Вычислить средний коэффициент теплопередачи при поперечном обтекании воздухом плоской трубы сечением . Скорость воздуха 30 м/с, его температура t = 100 ºС, кинематическая вязкость ν = 23,13·10^-6 м²/с, теплопроводность λ = 0,0321 Вт/м·К

2.4 Лучистый теплообмен

Задача 2.4.1

Определить плотность теплового потока, излучаемого абсолютно черным телом, если температура его: t = 1000 ºС, t = 0 ºС, t = – 20 ºС.

Задача 2.4.2

Определить коэффициент поглощения стали (поверхность матовая).

Задача 2.4.3

Известно, что спектр излучения Солнца близок к спектру излучения абсолютно черного тела. Найти температуру поверхности Солнца, если максимальное значение спектральной плотности потока его излучения приходится на длину волны λ_max = 0,5 мкм. Найти также интегральную плотность потока, излучения Солнца.

Рисунок к задаче 2.4.3

Задача 2.4.4

Поверхность стального изделия имеет температуру t_c = 727 ºС и степень черноты ε_с = 0,7. Излучающую поверхность можно считать серой (ε_с < 1). Вычислить плотность собственного излучения поверхности изделия и величину длины волны, которой будет соответствовать максимальное значение спектральной плотности излучения.

Задача 2.4.5

Облицовка поточной камеры парового котла выполнена из шамотного кирпича, а внешняя облицовка – из листовой стали. Расстояние между обшивкой и кирпичной кладкой равно 30 мм и его можно считать малым по сравнению с размерами топки котла.

Вычислить потери тепла в окружающую среду с единицы поверхности в условиях стационарного режима за счет лучшего теплообмена между поверхностями обмуровки и обшивки. Температура внешней поверхности обмуровки , а температура стальной обшивки . Степень черноты шамота и листовой стали .

Задача 2.4.6

Как изменятся тепловые потери в окружающую среду, если между обмуровкой и обшивкой топочной камеры рассмотренной в задаче № 34, установленный стальной экран, имеющий степень черноты

Задача 2.4.7

Определить плотность лучистого потока между параллельными стенками. Температура первой стенки , степень черноты материала ; температура второй стены , степень черноты

Задача 2.4.8

Определить количество теплоты, отдаваемой излучением от поверхности трубы диаметром 0,05, длиной 1 м. Температура наружной поверхности трубы степень черноты поверхности .

Задача 2.4.9

Определить тепловой поток излучением от поверхности трубы диаметром 0,075м, длинной 1м. Температура наружной поверхности трубы , степень черноты

2.5 Теплообменные аппараты

Задача 2.5.1

Определить площадь поверхности теплообменника через который передается тепловой поток Коэффициент теплопередачи теплообменника ; средний температурный напор

Задача 2.5.2

Сколько теплоты можно передать через теплообменник с охлаждающей поверхностью с коэффициентом теплопередачи при среднем температурном напоре

Задача 2.5.3

Определить площадь поверхности теплообменника, через который передается тепловой поток . Коэффициент теплопередачи теплообменника , средний температурный напор

Задача 2.5.4

Сколько теплоты можно передать через теплообменник с охлаждающей поверхностью , с коэффициентом теплопередачи ; при среднем температурном напоре

Задача 2.5.5

В кожухотрубном теплообменнике с перегородками в межтрубном пространстве требуется подогревать воду от температуры Расход воды . Теплоноситель поступает в теплообменник с температурой , а выходит из него с . Известно, что коэффициент теплопередачи . Найти площадь поверхности теплообмена F.

Рисунок к задаче 2.5.5

2.6 Теплообмен при кипении и конденсации

Задача 2.6.1

Найти переданное количество теплоты и количество образующегося конденсата на одиночной горизонтальной трубе диаметром и длинной при конденсации на ней сухого насыщенного пара , температура поверхности трубы конденсация пленочная, течение пленки ламинарное.

Задача 2.6.2

Определить коэффициент теплопередачи и температуру поверхности при пузырьковом режиме кипения воды. Давление на поверхности нагрева

Задача 2.6.3

Найти максимальное значение теплового потока на поверхности нагрева при пузырьковом режиме кипения (q_кр1) при давлении 7,44 МПа = 74,4 бар

Задача 2.6.4

Найти максимальное значение теплового потока на поверхности нагрева при пузырьковом режиме кипения воды при P_s=1 бар

Задача 2.6.5

В сосуде кипит вода под давлением Р=0,2МПа=2бар. Режим кипения пузырьковый. Чему равно значение q на поверхности нагрева, если температура стенки сосуда t_c=135ºC

Задача 2.6.6

Вычислить коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке вертикальной трубки для условий: температура стенки t_cт=80ºC, давление пара Р= 2 бар, высота трубки Н=1,5м

2.7 Нестационарная теплопроводность

Задача 2.7.1

Необходимо опытным путём определить распределение температуры в длинном стальном вале диаметром d=400мм через τ =2,5 часа после загрузки в печь.

Коэффициент теплопроводности λ и температуропроводности для стали равны соответственно:

Коэффициент теплоотдачи к валу в печи

Исследование решено проводить на модели вала, выполненной из легированной стали в небольшой печи. Для модели :

Определить диаметр модели вала и промежуток времени, через который необходимо измерить распределение температур в модели.

Задача 2.7.2

Определить диаметр модели вала и необходимое значение коэффициента теплоотдачи α_м , чтобы в условиях задачи 2.7.1 подобие температурных полей наступило через после загрузки модели в печь.

Определить также соотношение между линейными размерами , временами и температурами для вала, если известно, что их температура при загрузке и температура среды в печи были равны соответственно: t=10ºC t_ом=20ºC t_ж=1000ºC t_жм=200ºC

Задача 2.7.3

Определить число Био для безграничной пластины, если известно, что её внутреннее термическое сопротивление меньше внешнего в 10 раз. Какой толщины эта пластина, если коэффициент температуропроводности, теплоёмкость и плотность материала составляют:

, ,

Коэффициент теплоотдачи поверхности

Задача 2.7.4

Определить минимальную толщину плоской стенки дозвукового сопла, такую, чтобы за 6 сек работы двигателя температура её внутренней поверхности, омываемой газами при Т_ж=2250К с коэффициентом теплоотдачи не превысила допускаемого значения Т_сmax=1250К. Теплофизические свойства материала стенки . Начальная температура сопла Т_о=300К. Отводом тепла с наружной поверхности стенки сопла пренебречь.

Задача 2.7.5

Исследуемый материал в форме цилиндра диаметром d=50мм и высотой h=80мм после предварительного нагрева охлаждается в водяном термостате (t_ж=20ºC) при значении коэффициента теплоотдачи . Определить коэффициент температуропроводности материала, если на регулярной стадии охлаждения температура измеренная в центре торца цилиндра, за 5 мин уменьшается от 45ºC до 25ºC. За какое время температура в той же точке измениться от 25ºC до 21ºC?

Задача 2.7.6

Стальная плита неограниченной протяженности толщиной 200мм, равномерно прогретая до температуры t_o= 250ºC, помещенная в воздушную среду с температурой t_ж= 15ºC; коэффициент теплоотдачи на поверхности плиты ; теплопроводность материала коэффициент температуропроводности . Определить температуры в середине и на поверхности плиты через 1 час после начала охлаждения.