Деева В.И. - Теплообмен в ядерных енергетических установках, страница 10

Скоростьнабегающего потока 3 м/с, средняя температура натрия 400 С,средний температурный напор между натрием и поверхностью нагрева испарителя 10 С.Указание: при решении задачи воспользоваться рекомендациями [10].Теплообмен при естественной конвекции173. На основе решения интегральных уравнений пограничногослоя конечной толщины получить выражение для локального коэффициента теплоотдачи при ламинарной естественной конвекциижидкости на вертикальной пластине, имеющей постоянную температуру (граничное условие tF = const).Указание: при решении задачи профили скорости и избыточной температурыв пограничном слое толщиной аппроксимировать следующими функциями:wxw1y1y2,F1y2.174.

Решить аналогичную задачу для случая, когда на поверхности пластины задано постоянное значение плотности тепловогопотока (условие qF = const).Указание: при решении задачи профили скорости и избыточной температурыв пограничном слое толщиной аппроксимировать следующими функциями:wxw1y1y2,qF21y2.175. По горизонтальному нихромовому проводу диаметромd = 1 мм пропускается электрический ток силой I = 2 А. Проводохлаждается путем естественной конвекции в воздухе, температуракоторого tж = 10 C.

Определить температуру поверхности провода.176. Для отопления помещения предполагается использоватьгоризонтальный паропровод диаметром 60 мм. Какой длины дол60жен быть паропровод, если температура воздуха в помещениидолжна поддерживаться равной 20 C, а потери тепла составляют1 кДж/с? Температуру наружной поверхности паропровода принятьравной 100 C.177. На вертикальный металлический лист высотой h = 1 м падает солнечное излучение. Плотность поглощаемого потока энергии составляет 200 Вт/м2. Лист охлаждается с обеих сторон свободным потоком воздуха с температурой tж = 20 C. Определитьтемпературу листа. Охлаждением листа за счет лучеиспусканияпренебречь.178.

Корпус теплообменника представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд длиной 15 м и диаметром 4 м. Температура поверхности корпуса равна 260 C. Определить потери теплатеплообменником за счет естественной конвекции, если температура окружающего воздуха составляет 60 C.179. Определить плотность потока тепла через газовую прослойку шириной 20 мм между двумя параллельными пластинами,расположенными вертикально. Температуры поверхностей пластин150 и 50 C.

Расчет провести для воздуха и гелия.180. Блок электронного прибора отделен от кожуха воздушнойпрослойкой шириной 25 мм. Тепловой поток с поверхности блокавследствие тепловыделения в нем составляет 50 Вт/м2. Кожух поддерживается при температуре 20 C. Определить температуру поверхности электронного блока.181. При какой толщине водяной прослойки между поверхностями с температурами t1 = 14 C и t2 = 6 C можно пренебречьвлиянием естественной конвекции на передачу тепла от теплой поверхности к холодной? Коэффициент объемного расширения воды= 0,7 10 4 К 1.182. Определить поток тепла через единицу поверхности оконной рамы с одним стеклом.

Толщина стекла ст = 4 мм, коэффициент теплопроводности ст = 0,75 Вт/(м К). Температура воздухавнутри помещения плюс 20 C, снаружи минус 20 C. Коэффициенты теплоотдачи на поверхности стекла с внутренней и наружнойстороны рамы, соответственно, 5 и 10 Вт/(м2 К). Каким будет потоктепла через раму с двойным остеклением при ширине зазора междустеклами = 60 мм?61Теплообмен при течении жидкости в каналах183. Известно, что при вынужденной конвекции в канале теплоносителя с постоянными физическими свойствами средний по длине канала коэффициент теплоотдачи от стенки канала к жидкости зависит от диаметра канала d и его длины l, скорости движенияжидкости w, плотности и удельной теплоемкости жидкости припостоянном давлении cp, значений коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости . Используя метод анализа размерностей физических величин и -теорему, определить безразмерные критерии и записать уравнение подобия для рассматриваемого процесса теплообмена.184.

Найти распределение температур в потоке жидкости и коэффициент теплоотдачи на участке стабилизированного теплообмена при ламинарном течении в круглой трубе радиусом r0, настенке которой выполняется условие qF = const.185. Найти распределение температур в потоке жидкости и коэффициент теплоотдачи на участке стабилизированного теплообмена при ламинарном течении в плоской щели, на стенках которойвыполняется условие qF = const.186. Через длинную трубу радиусом r0 протекает жидкость, вкоторой действуют равномерно распределенные внутренние источники тепла мощностью qv.

Определить установившееся распределение температур в потоке жидкости, если внутренняя поверхность трубы поддерживается при постоянной температуре tс. Режим течения ламинарный.187. Определить установившееся распределение температур посечению плоской щели при ламинарном течении в ней очень вязкой жидкости. Температура стенок щели поддерживается постоянной. Физические свойства жидкости не зависят от температуры.188. Через трубку диаметром d = 10 мм и длиной l = 1 м, обогреваемую пропусканием по ней электрического тока, прокачиваетсягаз со скоростью w0 = 4 м/с. Определить мощность, выделяемую втрубке, если газ подогревается на 50 С.

Каким образом изменяются по длине трубки температура жидкости и температура стенкипри равномерном теплоподводе? Физические свойства газа считать62не зависящими от температуры и равными:= 2 10 5 м2/с;= 1,0 кг/м3; cp = 103 Дж/(кг К); = 0,03 Вт/(м К).189. Определить температуру теплоносителя на выходе из трубы, температура которой поддерживается постоянной и равнойtс = 100 С. На вход поступает жидкость с температурой tвх = 10 С.Течение жидкости гидродинамически стабилизировано, режим течения ламинарный, Re = 2000.

Безразмерная длина канала (отношение длины канала к его внутреннему диаметру) l/d = 100. Расчетпровести для теплоносителей с числами Прандтля: а) Pr = 5,0;б) Pr = 0,02. Теплофизические свойства теплоносителей считать независящими от температуры.190. Через обогреваемый канал длиной l и диаметром dг прокачивается теплоноситель с числом Прандтля Pr со скоростью, соответствующей числу Рейнольдса Re. Теплоподвод к жидкости осуществляется равномерно по длине канала. Определить максимально возможный подогрев теплоносителя, если предельно допустимая температура поверхности стенки трубы tсдоп .

Температура теплоносителя на входе tвх.191. Определить подогрев жидкости в круглой трубе для условий задачи 190, если l/d = 100, tвх = 20 С, tсдоп = 100 С, Pr = 1,0.Расчет провести для двух случаев: а) Re = 2 103; б) Re = 105.192. Сравнить коэффициенты теплоотдачи при турбулентномтечении в круглой трубе гелия и воздуха при атмосферном давлении и температуре 20 С. Рассмотреть три случая: а) объемные расходы гелия и воздуха через трубу одинаковы; б) массовые расходыодинаковы; в) одинаковы затраты мощности на прокачивание газовчерез трубу.193.

В качестве теплоносителей ядерных реакторов используются вода, натрий, гелий. Сравнить значения коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении этих теплоносителей в круглойтрубе диаметром 12 мм при числах Рейнольдса 104, 105, 106. Температуру теплоносителя во всех случаях принять равной 300 С, давление для натрия 0,5 МПа, для воды и гелия 15 МПа.194. Вода со средней температурой 250 С движется в трубе свнутренним диаметром 14 мм. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде, если расход воды 0,1 кг/с.63195. Какую величину будет иметь коэффициент теплоотдачи вусловиях задачи 194, если воду заменить водяным паром при давлении 3,5 МПа?196.

По трубке диаметром 20 мм и длиной 1 м течет трансформаторное масло со скоростью 3 м/с. Средняя температура масла60 С. Определить коэффициент теплоотдачи и подогрев масла,если средняя температура внутренней поверхности трубки 100 С.197. Активная зона ядерного реактора типа ВВЭР состоит изшестигранных кассет, в которых находятся стержневые тепловыделяющие элементы, расположенные по сторонам правильного шестиугольника. Диаметр твэлов d = 9,1 мм, шаг между нимиs = 12,75 мм. Предполагается, что энерговыделение по длине сборки высотой H = 3,5 м изменяется по косинусоидальному закону.При этом зависимость плотности теплового потока на поверхноститвэлов от координаты z можно описать уравнениемq( z) q0 cosz,Hгде q0 – максимальное значение плотности теплового потока приz = 0 на расстоянии H/2 от входа в сборку (для упрощения записивыражений эффективной добавкой за счет отражателя нейтроновпренебрегается).

Найти функции, описывающие распределение повысоте сборки температур теплоносителя и поверхности твэлов.Определить положение и значение максимума температуры поверхности твэлов. В расчетах использовать следующие исходныеданные: давление и средняя температура воды в реакторе 16 МПа и306 С соответственно; скорость воды 5,5 м/с; температура воды навходе в сборку 290 С; максимальный тепловой поток 1,1 106 Вт/м2.Расчет коэффициента теплоотдачи от поверхности твэла к теплоносителю выполнить по формулеNu A Re0,8 Pr0,4 ,64где A = 0,0165 + 0,02(1 – 0,91x–2)x0,15; x = s/d – относительный шагрешетки стержней; характерный размер – эквивалентный диаметрячейки dяч d (2 3x2 / 1) .198.

Стержневой твэл ядерного реактора типа ВВЭР с керамическим топливом в виде таблеток из диоксида урана имеет оболочкутолщиной 0,65 мм из сплава Zr + 1% Nb. Между топливным сердечником и оболочкой имеется технологический зазор, заполненный гелием. Для условий задачи 197 найти функцию, описывающую распределение по высоте тепловыделяющей сборки температуры в центре твэла, определить координату и значение максимальной температуры. Среднеинтегральный коэффициент теплопроводности топлива т = 2,5 Вт/(м К), коэффициент теплопроводности материала оболочки об = 18 Вт/(м К), тепловая проводимость зазора между топливом и оболочкой з = 5 103 Вт/(м2 К).199. Для условий, сформулированных в задачах 197 и 198, и используя результаты их решения, определить координату и значениемаксимальной температуры в центре цилиндрического дисперсионного твэла.