Задачник по теплопередаче. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. 1980 г., страница 4

Температура окружающего возОтвет Суточная потеря теплоты в килограммах пара 6=105 кг/сут. Температура на внешней поверхности изоляции !»»=61,2 С. 1-37. Т бчат ру ый воздушный подогреватель производительностью 2,78 кг воздуха в 1 с выполнен из труб диаметром А/А=43/49 мм. Коэффициент теплопроводности материила- труб 3=50 Вт/(и 'С). Внутри труб двизкется горячий газ, а наружная поверхность труб омывается поперечным потоком воздуха.

Среднин темпе за ин температура лымо. ов;»г=250 С, а средняя температура подогреваемого воздуха /;,»=145'С. Разность температур вазлухз на ахоле н выходе нз подогревателя равна б/=250'С. Коэффициент теплоотдачп от газов к стенке а,=45 Вт/(м' 'С) и от стенки к воздух а =- Вычнслить коэффициент теплопередачп и определить площадь поверхности нагрева подогревателя. Расчет произвести по ф лам ля !) д ) цилиндрической н 2) плоской стенок.

Сравнить результн по форму- таты вычислений. Ответ 1. Расчет по формуле для цилиндрической стенки дает значение коэффициента теплопередачи 1~=0,?5 Вт/(м 'С). Площадь поверх. ности нагрева прн этом Р=4!2 м'. 2, Р , Расчет по формуле для плоской стенки лает значение коэффициента теплопсрсдачи /г=16 ВтДмх 'С). Площадь поверхности на. грена при этом В=418 м'. 1-38, К э - 8, Как язленнтся тепловая производительность возд)шиого подогревателя и расход воздуха в задаче 1-37, если со стороны дымовых газов в процессе эксплуатации образуется слой сажи толщи.

пой 6»= ! мм с коэффициентом тсплопроводностн ?.э=0,08 Вт/(мХ Х'С)? Все другие условия остаются без изменений. Расюг произвести по формуле для плоской степки н сравнить с соответствующим вариантом задачи 1-37. Ответ Т с~ ловая производительность воздухоподогрсватслн при этих тсловиях О=587 кВт. Снижение производительности ЛО=16,7»/». Расход воздуха составит 0=2,23 кг/с. 1-39. Трубопровод диаметром гВ/г!»=44/51 мм, по которому течет масло, покрыт слоем бетона толп!шгой-б».=.80 мм.

Коэфг)им!псих тсплопроволпостн мзтерпала трубопровода )ч =50 НтДм 'С); котф. фпцпент теплопроиолпостп бетона й, — 1,28 Вт/(ч 'Г). Среди»и тем. перзт)ра масла на рассматриваемом ушстке трубопров да /;, =- .=1 С, температура окружающего воздуха /»э=20'С. Козффи. .= 20 цнент теплоотдачп от л~асла к стенке а,=100 Вт/(мз'С) и от по. верхиостн бетона к позлуху а,= 10 Нт/(м' С). а) Определить потери теплоты с 1 м оголенного трубопровода н с трубопровода, покрытого бетоном. б) Каким должен быть коэффициент теплопронодиости изоляции, чтобы при любой ее толпцше тепловые потери с 1 м изолированной трубы были пе больше, чем для оголенного трубопровода? Ответ а) Потери теплоты с единицы длины оголенного трубопровода 0~=142,5 Бт/м.

Потери теплоты трубопровода, покрытого бетоном юг=249 Вт/м. б) Чтобы позерн теплоты «ля изолнровашюго трубопровода были меньше, чем дли оголенного, прн любой толщине слоя изоляции, необходимо, чтобы Х»»(0,26 Вт/(м 'С). 1-40. Какой должна быть толщина изоляции из совелнта 6», с коэффициентом тсплопроводности Х»»=0,08 Вт/(м 'С), чтобы потери теплоты с 1 м изолированного трубопровода были в 3 раза меньше, чем дли трубопровода без изоляции, при условиях задачи 1.39? Ответ Толщина изоляции должна быть 6»,=75 мм.

Рекомендации к решению задачи В предыдущей задаче найдено, что для ие~золированного трубопровода потери теплоты с ! м 4~ = 142 Вт/м. Для условий изолированного трубопровода потери теплоты с 1 с запишутся как я (/ж! — /жэ) !из 3 1 ! бэ 1 г(з 1 — -(- — 1п — + — !п — +— азах 2Х! б! 2лиа а(з мэбз Решив это уравнение, относительно 18 с/з/г/з найдем: пз б/г'2хнз 18 — = Х 8 2,3»„ Уравнения такого вида удобнее всего решать графически, при этом можно обозначить левую часть г(з Уз=!а— бз и правую часть Ик2йиз ( 0!нз / 1 , 2,3 « 1 г — [~ — — ( — „.— '» ~.— )~. 2,Я? 34„„~ яб! (,а,г(г 2й! И, с(в пэ Задаваясь несколькими значениями г/з, графически находим то значение корня, которое будет удовлетворять уравнению (а).

1-41. По трубе дааметром г/,/г)»=18/20 мм движется сухой насыщенный водяной пар, Для уменьшения тепловых потерь в окру. жающую среду трубу нужно изолировать, Целесообразно ли для этого использовать асбест с коэффициентом теплопроводности Х= =0,!1 Вт/(м. С), если коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности изоляции в окружающую среду сх-8 Нт/(и" С)? Ответ Так как критический диаметр изоляции больше внешнего диаметра трубы (А,р»»>г(т), то такую изоляцию испольэовать нецеле- 2' 19 сообразно и следует применить изоляцию с меньшим коэффициентом теплоправодностн.

1-42. Необходямо изолировать корпус теплообменного аппарата, имеющего внешний диаметр Аь=ЗОО мм н температуру иа поверхности гь=-280'С, которую можно принять такой же и после наложения изоляции. Теипература на внешней поверхности изоляции не долэипа превышать 30' С, а тепловые потери с 1 и корпуса теплообменника — 200 Вт/м. Коэффициент теплоотдачи от внешней по. всрхностн изоляции к окр акающему воздуху Г у «= — 8 В Д. '"С). Целесообразно ли выбрать в качестве теп. лопай нзалчцнп шлаковую взту, коэффициент топ;юпроподпогти которой зависит от температуры по уравнению 1=0,06+0,0001451? Если целесообразно, то какой толщины лолжен быть слой этой нзолнцин для заданных уело. анн? Ответ 1.

Критический лнаметр изоляции Ар = =20,5 мм, эта значительно меньше внешне~о диаметра корпуса, и поэтому такую изоляцию применять целесообразно. Рпс. 1-!5. К задаче 1.45 2. Для обсспс юная виданных условий необходимо наложить теплову~о изоляцию толгцниой 6 =136 мм 1-43. Электропровод диаметрам г1~=1,5 мм имеет температуру 1„=-70'С н охав>икается патокам воздуха, который имеет температуру 1„=15'С. Коэффициент теплоотдзчн от поверхности провода к воздуху сх,= !6 Вт/(и"С). Определить температуру стенки 1 н которую будет иметь провод, если покрыть его каучуковой изоляцией толщиной 6=2 мм, а салу тока в проводе сохранить без изменений Коэффициент теплопровадности каучука )г О,!5 Вт/(м 'С).

Коэффициент теплоотдачи от поверхности нзолнцин к потоку воздуха сх;-8,2 Вт/(м' 'С). Ответ Температура изолированного провода 1,! — — 44' С. Таким образом, применение изоляции с г1ч,=37 мм>П, приводит к более интенсивному отводу теплоты с поверхности и снижешпо температуры провола. 1-44. Определим, толщину каучуковой изоляции на электропроводе, рассмотренном в задаче 1-43, прн которой можно пропустить через провод наибольший гок прн неизменной тел~пературе провода гю= 70'С. Ответ б —: 17,75 мм. 1-45.

Температура воздуха а резсрпуаре измеряется ртутным термометром, который помещен и гильзу (стальную трубку), заполненную маслом (рпс. 1-15). Термометр показывает температуру конца гильзы 1~=84'С. 20 Как велика ошибка измерения за счет отвода теплоты погиль. зе путем теплопроводпостн, если температура у основания гильзы 1,=40 С, длина гильзы 1=120 мм, толщина гильзы 6=1,5 мм, коэффициент теплопроволности материала гильзы 8=55,8 Вт/(м'С) н коэффициент теплоотдачи от возлуха к гильзе а=23,3 Вт/(и' ' С). Ответ Истнннаи температура воздуха 1 = !00' С; 1„ — 1~ 16' С. Решение Для решения воспользуемся приближенной формулой для стержня конечной длины О! 1 д с1т (гл1) где — Т/ <~. à — — гп = периметр гильзы и=п0, сечение гильзы /=па/б, откуда и//=1/б, тогла = 16,7 1/м; эг 55,8 0,0015 гл! = 16,7 0,12 = 2.

Из математических таблиц находим сй (2,0) =3,76, следовательно, 1~ — О 1 — — — О, 266 гж — 1а 3,76 н температура аозлуха в резервуаре 1! — 0 266 ге 84 — 0 266'40 1 — 0,266 0,734 Ошибка измерений /гн — 1! = 100 — 84 — — 16'С. 1-46. Капую температуру будет показывать термометр н на сколько уменьшится ошибка измерения, если в условиях задачи 1-45 гильзу выполнить нз яержавеющей стали с коэффициентом теплопроводности а=233 Вт/(и 'С), длиной 1=160 мм, толщиной 6=0,8 мм н за счет улучшения изоляции места заделки гнльзытемпсратура у ес основания повысится до гр — — 70'С? Ответ 1! — 99,8'С! 1>н — 1! = 0,2'С.

1-47, Для лучшего охлаждения внешней поверхности полупро. водникового хололильника вншпняя поверхность боковых стенок камеры выполнена ребристой с вертнкальнымн ал!оминиевыми реб. рами (рис. 1-16). В плане камера квалратная. Б!ирина боковых сте. пок 5=800 мм, высота /г=!000 мм, высота и толщина ребер соответственно 1=30 мм и 6=3 мм. Каждая стенка имеет по 40 ребер. 21 Температура у основании ребра [с=30'С; температура окру. >кадспцсй среды 1а, =20' С; коэффициент теплопронодиостдд ал[омннии 2=202 ВтДм 'С)', коэффициент теплоотдачи от ребристой стенки к окружадошсму воздух> а — — 7 [!тДм' 'С) .

Вычислдпь температуру на конце ребра 1д и количество теплоты, отдаваемое четырьмя боковычи стенками Цю с. Вычислить также колдшсство теплоты, которое отдакалссь бы и окружэюшудо сре. ду пеоребрспкыми стенкам~ прн тех же услои[их, Г/с, Ответ 1[ = 29,8' С; Г/р — 848 Вт; [;>с:= 223 Вт ддд Пс Рис. 1.!6. К задаче 1-47. Рис.

1-17 К зэ>диче 1-48 1-48. Нагревательный прибор выполнен и воле вертикальной трубы с продольными стальными рсбрамп прнмоугольиого сечения (рис. 1-17). Высота трубы 6=[200 мм; наружный диаметр трубы [/к=60 мм; длина ребер 1=50 мм н тол[цина ребер 6=-3 мм. Общее число ребер и=20. Температура у основании ребра [а=80'С; температура окружающего воздуха 1ш=18'С Коэффициент теплоотдачи от ребер и внешней поверхности трубы к окружающему воздуху а=9,3 Вт/ /(м' 'С); коэффициент теплопроводиостн стенки к=55,7 Вт/(и 'С). Вычислить количество теплоты, отдаваемой ребристой стенкой в окружающую среду.

Ответ Количество теплоты, отдаваемой ребрами, [/р= 1270 Вт. Количество теплоты, отдаваемой гладкой поверхностью между ребрами, [3, =88 Вт. Всей ребристой стенкой передается Ор,, — †13 Вт. 1-49. Водяной экоиомаизср системы ЦКТИ выполнен нз нруглых ребристых чугунных труб наружным диаметром с[=-76 мм.