Сборник задач и примеров расчёта по теплопередаче М.М. Михалова (1013671), страница 11
Текст из файла (страница 11)
град; для второго ряда труб по уравнению (3 — 30): ап =- 0,7 169 = 118 вт/м'. град. Средний коэффициент теплоотдачи всего пучкз труб 101 + 118 + 6 169 а„,„--=- —: --- — =152 вт/мз-град. 8 При коридорном расположении труб в рассмотренных условиях коэффициент теплоотдачи больше. Задача № 3 — 11. Охлаждение внешней поверхности камеры жидкостного ракетного двигателя осуществляется омыванием этой поверхности горючим, на котором работает двигатель. Определить допустимую величину удельного теплового потока в узкой части сопла, если горючим служит этиловый спирт, который подается в рубашку камеры при давлении Р=980 н/сз!г; скорость протекания п>=20 м/сгк, температура 11=60'С. Допустимая температура стенки с холодной стороны по условиям термического разложения спирта /„=-220'С; гидравлический диаметр сечения охлаждающих каналов д=-2 мм.
Р е ш е н и е. Рабочее давление по условиям задачи (Р= 980 н/с яг) больше критического давления этилового спирта (Р .=570 и/см'), следовательно, система однофазная. Значения физических констант этилового спирта при температуре 77= 60' С и при температуре стенки 7м='220' С приведены в таблице (3 — 8!. Табмгци д — В Р=-980 и7ом' Х ~ 1О "С, гт,'м. град ! даг,'кг грид 2,75 778 4,77 558,5 60 220 0,824.!О-б 0,176 10 " 0,171 0,12 Для выбора критериального уравнения определим значение критерия Рейнольдса: кд 20.0,0 2 48 600) 104 У ~~ 0,824 !О ' Следовательно, режим движения турбу:гентный и для быть использовано уравнение (3 — 1О). Определяем значения критериев Прандтля при 7 и ~ : Рг=-, где а==---— а ср.
р 0 824 !О г,10з 2 75.778 0,171 0 176.!О-',10г,4 77.558 5 0,12 расчета может Таблица 3 — 9 !'с 1О-' с, ! р и гав)м град дас,'кг. град ~ кг7м' ма7оек 60 ( 1 091 ! 2 135 360 ! 0 773 3 56 ! 0,142 10 ' 0,347.10 ' 796 566 55 Значение критерия Нуссельта равно: йи 0 021.48500о,о.10 31о,!г' — 33 8 г 7 Ю,зголо ( 3,91) Определяем коэффициент теплоотдачи к'и1. 33,8 0,171 а = —.-" =- -'-'-'-. — ' — = 2890 втlмо град. д 0,002 Допустимая величина удельного теплового потока д = а (7 — 17) = 2890 (220 — 60) = 4,62 10о вт7м-'. Задача 3!й 3 — 12.
Определить, насколько можно увеличить предельно допустимый тепловой поток а вт!'.нг в узкой части сопла по сравнению с задачей 3 — !1, если охлаждение внешней поверхности камеры осуществляется керосином. Давление, температура н скорость движения охладитегля принять такими же, как в задаче 3 — 11, а допустимая температура стенки с холодной стороны по условиям термического разложения керосина не должна превышать !к=360 С.
Р е ш е н и е, Рабочее давление по условиям задачи Р =980 н)см' больше критического давления для керосина Рао,=-400 и/слго, следовательно, система однофазная. Значения физических констанг керосина при !7=60' С и при 7„=360' С приведены в табл. 3 — 9. Для выоора критериального уравнения определим значение критерия Рейнольдса Очевидно, режим движения турбулентный и для расчета может быть использовано уравнение 3 в 10. Определяем значения критериев Прандтля при ! и й: Л Рг == — а =- — —— а Сг Р Рг 0 904 0,347 10 ' 10« 3,56.566 0,773 Определяем значение критерия Нуссельта: Уи = 0,021.28200о,з,2 21о,зз ! -' ) -" 134 08 Определяем значение коэффициента теплоотдачи: Л«и1Л 1 34,03.1,091 и .=- — =- — — ', '- .=- 7000вт/мз град.
0,002 Предельно допустимая величина теплового потока зу —.--а!зМ =. 7000(360 — 60) =- 19,6 104 вт/л!з. По сравнению с предыдущей задачей увеличение допустимой тепловой нагрузки составляст йз7=- !9,6 !Оз — 4,62 104=.1 7 1О' втуз. Отсюда следует, !то при использовании в качестве топлива керосина тепловая нагрузка может бызь больше, чем ври использовании этилового спирта. Задача ззз 3 — 13.
По трубе диаметром з7=60мм протекает горячий воздух со средней температурой !1, =-800'С н средней скоростью т=140 я!век. Для уменьшения тепловых потерь труба помещена в цилиндрический кожух, заполненный воздухом при Р =-10 н см'. Определить тепловые потери с 1 лз длины кожуха, если толщина слоя изолирующего воздуха о, =- 18 мм, толщины стенок трубы и кожуха одинаковы и равны о,.—..
о, =- 1 .нм. 11оэффициенты теплопроводности трубы Л, и кожуха Л, равны: Л, = Лз = 30 вт!м град., температура окружающего трубу атмосферного воздуха равна 7н = 20"С. Решение. Для определения тепловых потерь з7« с единицы длины кожуха может быть использована задача о теплопередаче через многослойную цилиндрическую стенку, по которой значение з7о равно: (Е й) «7 з 1 , 1 Вз ! Вз 1 аз 1 - -1- — 1п + — — 1п + — — 1п + азиз ' 2Л йз 2Л««з Вз ' 2Л««!з азйз где и! и из — коэффициенты теплоотдачи от горячего воздуха к внутренней поверхности трубы и от внешней поверхности кожуха к окружающей среде; 1.,; Л, — коэффициенты теплопроводности трубы и кожуха; Л„, — эквивалентный коэффициент теплопроводности изолирующего слоя воздуха; з1з; з2з; з1з; с!4 — внутренний и внешний диаметры трубы и кожуха.
Вследствие высокой теплопроводности и малой тол- шины стенок трубы и кожуха можно пренебречь их термическими сопротивлениями 1 «2 1 «г« 21'- 1п 1 — — 2) — 1П д- = 0 и принять 1„, =- Г . и г'„, =-1,. Тогда выражение для определения тепловых потерь примет вид (б й) В«1 1и- +— а«й«« ' 2Х«««к йк а«В« Лля выбора критериального уравнения, по которому вычисляется коэффициент теплоотдачи а, от горячего воздуха к поверхности трубы, определим значение Яег, параметры воздуха при температуре г' =800'С 1. = — 7,18 10 ' вт/м град; =- 1,35 !О и м')сек (см.
Приложения, табл. 3) ЫО О,О5 Ре; = —;,— ' =;- з5'-, 1о —, ==-6,23 10'. При значении Яег> 10' может быть использовано критериальное уравнение (3 — 11): Лги = 0,018(6 23.104)и' 125 Значение а, равно: а =-"- ' =- — ---'-' — == 150 вт!м град. а иг Х 125 7 1З'1О ' г «1, -- О,ОО Для определения эквивалентного коэффициента теплопроводности изо- лирующего слоя воздуха Х„, по формулам (3 — 4) и (3 — 5) следует предварительно вычислить значение произведения (С«г Рг)„ для которо- го определя«ошей является средняя температура изолирующего слоя +1 воздуха 7М которая может быть принята равной Г« —— = ' —" — ', где Ю, и Ä— температуры внешней поверхности трубы и внутренней поверх- ности кожуха, значения которых неизвестны.
Примем температуру внешней поверхности трубы « = 780"С и сделаем расчет для следую- щих значений температуры г„: Г =-- 180; 220; 260; 300'С; определяем- среднюю температуру изоляционного слоя воздуха Гг. †.. †"-*- — †' ., опре- 2 деляем параметры воздуха, соответствующие этой температуре 1.;к; Рж Фиьа1 Вычисляем значение критерия йг«по формуле: бг~ —— ,; —, где 1 й =-:; и = 0,015 л«; Лг' = Г.„, — 1, Определяем значение произведения (бг Рг)м а затем к, — по формуле (3 — 5); для всех выбранных значе- ний температур величина произведения (Ог.Рг) < 10', следовательно, формула (3 — 5) примет вид и, =-- 0,105(бг Рг)ил. Определяем значение Х„, по формуле (3 — 4) кэкк Кк«" Определим величину удельного теплового потока «7", проходящего через изоляционный слой воздуха, по формуле: Ч'+' =- — — В"Ч (Г Ь вЂ” Гкь) == ---ЧИ2кн (1.Ъ вЂ” Г„,) =16Х., (Г и — Гк«,). 57 Данные расчета приведены в табл.
3 — 10 Таблица 3 †!О Ф йй Е в в ' М в ! а 600 ~ 4,56 10'! 3,!3 !О", 1,17 ~ 6,6 660 ! 3,82 10' ' 2,62 !О' 1,! 1 6,4 52О , '3,!8 1О' 2дт 1О 1,О76 6,28 5 64 76,0 ' 0,685 5,75 79,4,~ 0,687 5,84 82,9 ! 0,689 180 220 260 780 480 780 , '500 180 ' 520 632 572 523 Таблица 3 в 11 вги/м'град Ч вт)м (1 — 1 ) 'С бг1 32,2 34,1 36,4 22,3 !О' 27,8.10' 36,2 10' 420 650 775 9,4 10,0 180 220 260 160 200 260 Из сравнения результатов расчета таблиц 3 в 10 и 3 — 11 следует, что значения величин вв близки при 1„, =- 220вС Принимая значения а, и Х,„, равными: а, = 94 вт!м'.град и ),,и, =- 6,4 10 ' вт)м град, определим величину тепловых потерь: да а (800 — 20) ! 92 92 ! 570 вт!м 150 0,06 + 2 6,4.!О г 62 9,4.0094 58 Прн установившемся тепловом режиме найденное количество тепла дв равно величине удельного теплового потока, переданного с! м длины кожуха в окружающую среду: вм =-.
агадл(1, — 11,). Для определения ае может быть использовано уравнение (3 — 3), в котором определяющей является температура воздуха 11, == 20'С. Параметры воздуха, соответствующие втой температуре, равны: ) = 2,59 ° 10 2 вт)м град; и = 15,06 10 ' м'-1сек; Определяем значение Огг по формуле д р вл а1 бгг —— где 8 =- 7. —— - 292, дл — — д, =- 28„+ 2в, + 28„= 60 + 2 + 30 + 2 = 94 мм, 1 1 1. 9,8.0,094'.!О'г 293 5 06' Определив значение критерия Мир найдем значение а,: Значение вв вычислим по формуле: дв = а,а0,094(1, — 11,) == а, 0,295(1, — 11,). Данные расчета приведены в табл.
3 в 11. Определим температуру внутренней поверхности трубы 7 э по уравнению следовательно, принятое в расчете значение 1а,=-7„,.=-780'С выбрано правильно. Задача № 3 — 14. Атомный реактор охлаждается потоком жидкого натрия. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи для чистой поверхности круглого канала атомного реактора диаметром е(=10 мм, если средняя температура потока натрия 0=700'С, а средняя скорость его движения с ю = 1,0 м/сек. Ре ш ение. Для чистой поверхности при 7 = 700'С смачиваемость можно считать полной и использовать критериальное уравнение (3 — 34).
Определяем параметры натрия, соответствующие 17 — — 700"С (см. Приложения, табл. 6): Л =.— 58,73 вт7м.град; С = 1,256 ° 10' дж7кг.град; р = 783 кг/м'. Критерий Пекле равен: м! Р !,0 0,0! 1,256 !О' 788 166 1 а ' 6878 Критерий Нуссельта Уи =- 4,8+ 0,014(1664)' = — 5,625. Коэффициент теплоотдачи: Лах 5 625 58 78 а =- - -- = ' " ' = 33200 вт/м7 град. 0,0! Задача № 3 — 15. Атомный реактор охлаждается жидким сплавом натрия с калием, имеющим следующий весовой состав: 5(а — 22'!а, К вЂ” 78ер, Определить среднее значение коэффициента теплоотдачн с учетом загрязнения и несмачпваемостн, если охлаждающий канал круглого сечения диаметром д=14 мм, средняя скорость сплава и=б м/сек, средняя температура сплава 77=400' С. Р е ш е н и е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
