В.Ю. Красных, В.Н. Королев - Тепломассообмен (ТМО). Основные формулы, задачи и способы их решения: сборник задач

В.Ю. Красных, В.Н. Королев - Тепломассообмен (ТМО). Основные формулы, задачи и способы их решения: сборник задач. Екатеринбург : УрФУ, 2012. 64 c.






Рецензенты:
кафедра энергетики Уральского государственного лесотехнического универси-
тета (зав. кафедрой – проф., д-р техн. наук С.М. Шанчуров);
доц., канд. техн. наук А.И. Сафронов (Уральский государственный лесотехни-
ческий университет)

Научный редактор проф., д-р техн. наук Б.Г. Сапожников


Красных, В.Ю.
Тепломассообмен. Основные формулы, задачи и способы их решения:
сборник задач / В.Ю. Красных, В.Н. Королев. Екатеринбург : УрФУ,
2012. 64 с.

В данном сборнике приводятся задачи, которые предлагаются студен-
там для самостоятельного решения на практических занятиях. Даются
формулы, используемые при решении задач. Для удобства расчетов приве-
ден обширный справочный материал.
Издание предназначено для студентов Энергетического института, а
также будет полезно студентам, обучающимся на других специальностях,
которым читаются курсы, связанные с тепло– и массообменом.
Прил. 1.

3

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ .......................................................................................................... 4
ПЕРЕНОС ТЕПЛОТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ ................................................ 5
Стационарная теплопроводность ............................................................................... 5
Занятие № 1. Теплопроводность и теплопередача через плоские стенки ............. 5
Занятие № 2. Теплопроводность и теплопередача через цилиндрические
стенки ............................................................................................................................ 7
Занятие № 3. Теплопроводность при наличии внутренних источников
теплоты ......................................................................................................................... 9
Занятие № 4. Теплопроводность в ребре постоянного поперечного сечения .... 10
Нестационарная теплопроводность ......................................................................... 12
Занятие № 5. Охлаждение (нагревание) бесконечной пластины ......................... 12
Занятие № 6. Охлаждение (нагревание) тел цилиндрической
и сферической формы ............................................................................................... 13
Занятие № 7. Теплопроводность при нестационарном (периодическом)
изменении температуры тела ................................................................................... 14
КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН ....................................................................... 16
Порядок решения задач ............................................................................................ 16
Занятие № 8. Теплоотдача при вынужденном турбулентном движении
жидкости вдоль плоской поверхности .................................................................... 17
Занятие № 9. Теплоотдача при турбулентном режиме движения жидкости
в трубе ......................................................................................................................... 18
Занятие № 10. Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании
одиночной трубы и пучка труб ................................................................................ 21
Занятие № 11. Теплоотдача при свободном движении жидкости ....................... 24
Занятие № 12. Теплообмен при конденсации пара
на вертикальной поверхности .................................................................................. 26
Занятие № 13. Теплообмен при кипении жидкости в большом объеме
и при кипении жидкости, движущейся в трубе ..................................................... 27
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН .................................................................................. 29
Теплообмен излучением между твердыми телами, разделенными прозрачной
для электромагнитных волн средой ........................................................................ 29
Занятие № 14. Лучистый теплообмен ..................................................................... 29
Занятие № 15. Теплообмен излучением между газовой средой
и поверхностью. Сложный теплообмен .................................................................. 30
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА ................................ 31
Занятие № 16. Элементы теплового расчета теплообменного аппарата ............. 31
Занятие № 17. Тепловой расчет конденсатора и теплообменника
типа «труба в трубе» ................................................................................................. 32
Занятие № 18. Тепловой расчет подогревателя ..................................................... 32
МАССООБМЕН ........................................................................................................ 34
Занятие № 19. Молекулярный и конвективный массообмен ............................... 34
ПРИЛОЖЕНИЕ ......................................................................................................... 36

4
ПРЕДИСЛОВИЕ

В сборнике приводятся задачи, которые предлагаются студентам для са-
мостоятельного решения на практических занятиях. Даются формулы, исполь-
зуемые при решении задач.
Цель практических занятий – разобраться в теоретическом материале, из-
лагаемом в лекционном курсе, и научиться его практически использовать.
Студентам предлагается решить несколько задач по теме практического
занятия. У студентов обязательно должны быть конспекты лекций или учебные
пособия.
Роль преподавателя на практических занятиях сводится к консультации
студента, у которого возникает тот или другой вопрос в ходе решения задачи.

5
ПЕРЕНОС ТЕПЛОТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ
Стационарная теплопроводность
Порядок решения задач
Открыть лекцию по соответствующей теме практического занятия.
Сделать рисунок к задаче.
Уяснить процесс, которым передается теплота.
Найти формулы (в конспекте или учебном пособии) для расчета переноса
теплоты в данном процессе.
Выполнить расчет и обязательно поставить размерность полученной ве-
личины.
Замечание. При решении задач по переносу теплоты через многослойные
стенки с идеальным контактом между соприкасающимися слоями (граничные
условия четвертого рода) необходимо помнить, что тепловой поток, который
передается теплопроводностью через первый слой, пройдет без изменения че-
рез каждый последующий слой.

Занятие № 1. Теплопроводность и теплопередача через плоские стенки 12
λ
δ
cc
q t t
– плотность теплового потока, передаваемого теплопро-
водностью, через однослойную плоскую стенку [Вт/м
2
]. 11
1
δ
λ
n
cc
n
i
i i
tt
q
– плотность теплового потока, передаваемого теплопровод-
ностью через многослойную плоскую стенку [Вт/м
2
]. 12
12
11
α λ α
ææ
tt
q
– плотность теплового потока, передаваемого в процессе
теплопередачи через однослойную плоскую стенку [Вт/м
2
].

6 12
112
11
α λ α
ææ
n
i
i i
tt
q
– плотность теплового потока, передаваемого в про-
цессе теплопередачи через многослойную плоскую стенку [Вт/м
2
].
Q = qF – тепловой поток [Вт].
Задача 1. Стенка топочной камеры состоит из карборундового кирпича
(коэффициент теплопроводности карборунда к = 11,2 Вт/(м·К)) толщиной
125 мм, шамотного кирпича (ш = 1,16 Вт/(м·К)) толщиной 250 мм, а снаружи
покрыта асбестовым листом (а = 0,116 Вт/(м·К)) толщиной 30 мм. Температура
стенки со стороны топки 1300 °С, с наружной стороны – 30 °С. Определить
плотность теплового потока, проходящего через стенку, и температуры на гра-
ницах слоев. Вычислить grad t для каждого слоя.
Задача 2. Определить плотность теплового потока, передаваемого через
плоскую стенку от газа к воде, если температура газа 1000 °С, коэффициент те-
плоотдачи от газа к стенке 1 = 35 Вт/(м
2
·К), температура воды 150 °С, коэф-
фициент теплоотдачи от стенки к воде 2 = 5830 Вт/(м2 К). Толщина стенки
10 мм, коэффициент теплопроводности материала = 58,3 Вт/(м·К). Опреде-
лить также температуру стенки со стороны воды и со стороны газа. Решить эту
же задачу, если стенка со стороны воды покрыта накипью (н = 0,93 Вт/(м·К))
толщиной 5 мм, а со стороны газа покрыта сажей толщи ной 1 мм
(с = 0,093 Вт/(м·К)).
Задача 3. Стенка здания толщиной 0,6 м выполнена из бетона (коэффици-
ент теплопроводности бетона б = 0,93 Вт/(м·К)). В стене имеется окно. Опре-




Показать/скрыть дополнительное описание