Рыжков основы тепломассобмена уч пос 2007 (Основы теплообмена пособие), страница 9

Определить потерю теплоты путем излучения с поверхностистальной трубы диаметром d =70 мм и длиной l = 3 м при температуре поверхности t1 = 227 °C, если эта труба находится: а) в большом кирпичном помещении, температура стенок которого t2 == 27 °C; б) в кирпичном канале, площадь которого равна 0,3 × 0,3 м,при температуре стенок t2 = 27 °C.9. В теплообменном аппарате жидкость с водяным эквивалентом W1 = 116 Вт/К охлаждается от t1′ = 120 °C до t ′′ = 50 °C водойпри температуре t2′ =10 °C, для которой W2 = 584 Вт/К. Определитьтребуемую поверхность нагрева при схемах прямотока и противо2тока, если коэффициент теплопередачи k = 2336 Вт/(м ⋅ К).10. Определить коэффициент теплоотдачи и количество сконденсировавшегося насыщенного водяного пара рабс = 3,92 ⋅105 Паи х = 0,7 на вертикальной трубе высотой Н = 1,5 м и с диаметромd = 0,65 м, температура поверхности трубы t =55 °C.11.

Образец материала для определения λ методом пластинывыполнен в форме диска диаметром d = 0,5 м, толщиной δ = 0,03 ми помещен между холодильником и плоским рабочим электронагревателем мощностью Q = 160 Вт. Растекания теплоты в нижнеми боковом направлениях не происходит. Определить λ с использованием значений температуры поверхностей образца: t1 = 10 °C,t2 = 45 °C и t1∗ = 25 °С , t2∗ = 58 °С, характеризующих два возможных одномерных стационарных поля в образце при отключенном63нижнем (охранном) нагревателе, но неизменном значении Q.

Температура окружающей среды tc = 25 °С. Термосопротивлениеммежду образцом и электронагревателем пренебречь.12. Змеевики пароперегревателя выполнены из труб диаметромd 2 40мм; материал труб – сталь 12Х18Н9Т, λ = 22,4 Вт/(м ⋅ К).=d1 30Найти максимальную tmax и среднюю t (в радиальном сечении)температуры участка трубы, если известно, что температура нарасстоянии 2 мм от наружной поверхности составляет t0 = 530 °С,а тепловой поток на единицу длины qт = 60 100 Вт/м.13. При работе печи, выполненной из шамотного (λ1 == 0,84(1 + 0,695 ⋅ T/1000) Вт/(м ⋅ К), δ1 = 0,24 м) и красного (λк == 0,70 Вт/(м ⋅ К)) кирпича, температуры на внутренних поверхностях слоев составляли t1 и tк = 850 °С.

После замены части слоякрасного кирпича (толщиной δ) промежуточной засыпкой (λ2 == 0,113 (1 + 0,002 T)Вт/(м ⋅ К), δ2 = 0,092 м) без изменения t1 иплотности теплового потока q получено, что tк = 430 °С. Определить t1, q и уменьшение толщины ∆δ.14. Стальная плита неограниченной протяженности толщиной200 мм, равномерно прогретая до температуры t0 = 250 °С, помещена в воздушную среду с температурой tж = 15 °С; коэффициент2теплоотдачи на поверхностях плиты α равен 30 Вт/(м ⋅ К), теплопроводность плиты λ = 45 Вт/(м ⋅ К), коэффициент температуро–5 2проводности а = 1,25 ⋅ 10 м /с. Определить температуры в середине и на поверхности плиты через 1 ч после начала охлаждения.15. По стержню из нержавеющей стали диаметром 10 мм проходит электрический ток, вызывающий объемное выделение73теплоты мощностью q0 = 2,4 ⋅ 10 Вт/м , на поверхности стержняподдерживается температура tс = 30 °С.

Найти температуру на осистержня t0 и плотность теплового потока на внешней поверхности стержня, если коэффициент теплопроводности стали λ == 15 Вт/(м ⋅ К).6416. Рассчитать значение термического сопротивления воздушной прослойки при величине зазора hmах = 0,18 ⋅ 10–4 м и темпера–4туре в зоне контакта 100 °С ( λ ср = 274 ⋅ 10 , Вт/(м ⋅ °С)), если мак-симальная величина зазора между впадинами шероховатости составляет около 0,03 мм.17.

В вертикальной трубе квадратного сечения 50 × 50 мм идлиной 6 м движется снизу вверх воздух. Определить количествотеплоты, передаваемое от воздуха к стенке трубы в единицу времени, если скорость воздуха w = 1 м/с, температуры воздуха навходе и выходе Tж′ = 423 К и Tж′′ = 323 К соответственно, а средняятемпература стенки Тст = 313 К.18. Вычислить коэффициент теплоотдачи при течении глицерина 90%-ной концентрации по трубкам нагревателя. Глицериннагревается паром от T1 = 293 К до Т2 = 373 К.

Средняя температура стенки трубы Tст = 393 К, скорость течения глицеринаw = 0,12 м/с, внутренний диаметр трубок d = 32 мм.19. Определить температуру тонкой теплоизолированной пластинки, продольно обтекаемой потоком газа со скоростью 2000 м/с.Статическая температура потока 480 К. Лучистым теплообменоми теплоемкостью пластины можно пренебречь. Молекулярная масса газа 23 кг/кмоль. Коэффициент адиабаты равен 1,22.

Режим течения в пограничном слое турбулентный.20. Определить потерю теплоты лучеиспусканием железнойтрубы диаметром d = 0,1 м и длиной l = 4 м при температуре500 °С. Температура окружающей среды 27 °С.21. Ртутный термометр, предназначенный для измерения температуры потока воздуха, движущегося в трубопроводе со скоростью w = 0,5 м/с, расположен под прямым углом к направлениюпотока. Средняя температура воздуха в трубопроводе tж = 100 °С,температура термометра в месте, где он проходит через стенкутрубопровода, t0 = 30 °С. Наружный диаметр термометра d == 20 мм, толщина стенок стеклянной трубки термометра δ = 2 мм,теплопроводность стекла λ = 0,96 Вт/(м ⋅ К).

Оценить поправку впоказаниях термометра за счет отвода теплоты вдоль термометра,если глубина погружения термометра в поток l = 50 мм.6522. Подогреватель питательной воды котельной установки изготовлен из труб с наружным диаметром d = 30 мм, расположенных в шахматном порядке с поперечным и продольным шагамиs1 = s2 = 2,5 d. Число труб в ряду т = 8, число рядов п = 6. Трубырасполагаются поперек потока.′ =Температура воздуха, поступающего в подогреватель, tж′′ = 300 °С.

Средняя тем= 400 °С, а на выходе из подогревателя tжпература наружной поверхности труб tст = 150 °С. Скорость воздуха в узком сечении трубного пучка w = 10 м/с. Какой длиныдолжны быть трубы, чтобы тепловой поток, передаваемый воде,протекающей внутри труб, был равен 300 кВт?23. Найти переданное количество теплоты и количество образовавшегося конденсата на одиночной горизонтальной трубе диаметром d = 16 мм и длиной l = 1,5 м при конденсации на ней сухого насыщенного пара, Рн = 4 кПа. Температура поверхности Тст == 291 К. Конденсация пленочная, течение пленки ламинарное.24. Определить местный (х = 5 м) коэффициент теплоотдачи квертикальной стенке от стекающей по ней пленки конденсата водяного пара.

Количество образующегося конденсата на единицедлины стенки Мτ = 1,2 кг/с. Параметры пара Рн = 4,24 кПа, Тн == 303 К. Физические свойства пара считать постоянными и определить их по температуре насыщения.25. Определить плотность первого критического теплового потока от обращенной вверх горизонтальной пластины к воде, кипящей под p = 0,9 МПа.26. Жидкий водород кипит в большом объеме при давленииР = 0,2 МПа.

Плотность теплового потока, отводимого от поверх2ности нагрева, q = 60 кВт/м . Какой характер должен иметь в этихусловиях процесс кипения?27. Используя зависимость St = f (Pr, Rex), найти так называемый стандартный закон теплообмена для ламинарного режима течения в пограничном слое, т. е. зависимость St = f (Re**т , Рr) дляусловий безградиентного обтекания пластины с постоянной температурой стенки.28. После прохождения излучения абсолютно черного тела,имеющего температуру 3000 К, через слой углекислого газа тол66щиной 2 см, находящегося под давлением 0,1 МПа, интенсивность103излучения на длине волны 4,2 мкм составляет 1,34 ⋅ 10 Вт/м .Определить эффективный коэффициент ослабления на даннойдлине волны.

Собственным излучением газа пренебречь.29. Водяной пар, имеющий температуру 430 К и давление0,3 МПа, заполняет сосуд в форме параллелепипеда с размерами100 × 200 × 300 мм, температура стенок которого составляет 1200 К.Определить степень черноты собственного излучения пара и егопоглощательную способность для падающего излучения. Поправку на уширение полос (влияние давления) не учитывать.30.

Определить коэффициент теплоотдачи одиночной трубыдиаметром d = 45 мм, расположенной под углом ψ = 35° в потокеводы с температурой t = 25 °C и скоростью w = 0,2 м/с. Температура стенки трубы tж = 43 °C.67ПриложениеКРИТЕРИИ ПОДОБИЯ∗п/пФормулаA=1ПояснениеКритерий Аррениуса (Arrhenius)характеризует соотношение между энергией активации и потенциальной тепловой энергией.Используется в анализе массопереносаКритерий Альфвена (Alfven) характеризует отношение магнитных сил к силам инерции – аналог критерия Кармана (VA = WA– альфвеновская скорость)Критерий подобия массовых сили сил вязкого трения.

Используется в анализе явлений плавучести, в том числе при анализепроцессов переноса в псевдоожиженных слоях. В последнемслучае записывается в виде Ar =E0Rμ ⋅ TAl = WA / W2Ar =3g ⋅ l3ν2Ar1/ 3 =451/ 2⎡⎤σ=⎢⎥⎣ g (ρ′ − ρ′′ ⎦B=⎡ ν2 ⎤⎢⎥⎣ g (1 − ρ ′′ ⎦W1/ 2(2 gR)−1/ 3g ⋅ L3( ρs − ρ ) , где индекс sμ2относится к твердой фазеКритерий Архимеда – отношениедвух внутренних линейных масштабов потока=2Критерий Буссинески (Boussinesq) – отношение инерциальныхи гравитационных сил∗Критерии подобия могут называться числами подобия в зависимости от того, как это принято в конкретной области знания.68Продолжение приложенияп/п678ФормулаBd =(Пояснение)g ρl − ρ g D 2σBi =Bl =α ⋅lλстρ ⋅Wμ (1 − ε ) s9Bm =10Bo =τ⋅lμ ⋅WC p ρWσ0T 311Br =μW 2λΔT12Bs =W ⋅lDaКритерий Бонда (Bond) – мераотношения силы тяжести и силыповерхностного натяжения. Используется в анализе двухфазныхсред.

Иногда называется числомЭтвешаКритерий Био (Bio) характеризует меру отношения тепловогопотока, отводимого от стенкиконвекцией, и теплового потока втвердом теле на поверхностиКритерий Блейка (Blake) характеризует соотношение междуинерционной силой и силой вязкости при течении в пористыхструктурах (ε – объемная пористость; s – поперечное сечениетвердой частицы)Критерий Бингама (Bingham)характеризует соотношение между пределом текучести неньютоновской жидкости и вязким напряжением сдвигаКритерий Больцмана (Boltzmann)характеризует радиационно-конвективное соотношение составляющих теплового потока в среде с постоянными теплофизическими свойствамиКритерий Бринкмана (Brinkman)– мера отношения вязкости к теплопроводностиКритерий Боденштейна (Bodenstein) используется в анализе химических реакторов и являетсямерой отношения скорости течения и скорости диффузии в аксиальном направлении69Продолжение приложенияп/пФормула13ρ ⋅W 2C=E14Ca =Пояснение2 ( p − ps )ρ ⋅W 21/ 315α ⎛ μ2 ⎞Co = ⎜⎟λ ⎜⎝ g ⋅ρ2 ⎟⎠Co =16g ⋅ ρ2 ⋅ r ⋅ l 3λ ⋅μ ⋅ ΔTCH =l0rL17Ca =T2 − T1T218Ch =B2 ⋅ l 2ρ⋅ν⋅η19Cl =202170l ⋅ W 3 ⋅ρλ ⋅ ΔTC = (VA / V ) 2 = Al 2Cr =μ⋅aσ ⋅lКритерий Коши (Cauchy) – мераотношения скоростного напора иобъемного модуля упругости впотоке сжимаемой жидкостиЧисло кавитации – мера отношения статического напора, равногоразности статического давленияи давления насыщения при температуре в потоке, к скоростномнапоруЧисло конденсации.