Задачник по термодинамике (555278), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Носовой профиль изготовлен из хромоникелевой нержавеющей стали 12Х18Н1ОТ. На внешнюю поверхность профиля нанесен слой покрытия толщиной б. Покрытие имеет следующие физические свойства: а =- Х1(ср) = 0,2 10 ' мыс; Ь = = Усср — — 615 Вт с'19 (м' К); е„= 0,8. Считать, что в покрытии не происходит фазовых и химических превращений, а также упоса массы. Внешние геометрические разме. ры г!рофиля (вместе с покрытием); 17 = 9 мм; 1. = 45 мм; 0 = 5 (см. рис 17.2) и у = 60"'.
Вычислить температуры в узлах 12, 18 н 15 под слоем покрытия (рпс. !7.4) на 20, 40, 60 и 80-й секундах полета при толщине покрытия 1 и 2 мм. Начальная температура профиля !5' С. 17.27. Воздушная прослойка между внешней оболочкой и внутренней частью носового профиля крыла летательного аппарата может существенно снизить уровень аэродинамического нагрева внутренней части н обеспечить ее рабо- 272 тоспособность в условиях кратковременного полета с высо.
кой скоростью. Выполнить численные расчеты температурных полей в носовом профиле крыла летательного аппарата для условий, когда внешняя оболочка профиля изготовлена из вольфрама толщиной 2,5 мм, а внутренняя часть из стали 12Х)8Н!0Т, Профиль имеет форму затупленного клина. Условия полета соответствуют данным, приведенным в задаче 17.25. Внешние размеры профиля определяются размерами оболочки и равны: 17 = 9 мм, 1 = 45 мм, О =- 5' (см. рис. 17.2), угол стреловидности крыла Т =. 60'. Рассчитать им Рвс. !7.4 Рис 17.5 два варианта конструкции с зазором между оболочкой и внутренней частью 0,5 и ! мм, предполагая, что давление в прослойке равно давлению на данной высоте.
Учесть лучистый теплообмен с внешней стороны профиля и в прослойке; 1„м, = !5 С. При решении задачи использовать метод, описанный в задаче 17,)7. Шаг по времени принять равным 0,02 с. Вычислить температуры в узлах 12, 13, 14, 15, 19, 20, 21 и 22 разностной сетки (рис. 17.5) в момент времени т = 5 с. Условно считать, что химического взаимодействия между потоком и оболочкой не происходит.
17.28. Используя условия предыдущей задачи, вычислить температуры в узлах разностной сетки 12 и 19 (рис. !7.5) при толщинах воздушной прослойки 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 и 2 мм на 5-й секунде полета. гллвл ~в ТЕПЛООБМЕН ПРИ ИЗМЕНЕНИН АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА й 18.1. Теплообмен при конденсации пара 18.1. Найти переданное количество теплоты и количество образовавшегося конденсата на одиночной горизонтальной трубе диаметром с! == 16 мм и длиной 1 = 1,5 м при конден- 273 сании на ней сухого насыщеннага пара, р„=- 4кПа. Температура поверхности трубы Т,„= 29! К. Конденсация пленочная, течение пленки конденсата ламинарное. Р е ш е н и е.
Коэффициент теплоотдачи находится по формуле Нуссельта для одиночной горизонтальной трубы 1"'- а 0,725 рж (Тя — Тст) а) 0,6 ° !000 0444.)ОЭ.0Я! — 1 9ЗО.)0 †с (Зов 29!).)6.)0 — з) Физические свойства воды взяты из таблиц Приложения при средней температуре пленки конденсата, равной 0,5Х Х (Тст + Тя) = 0 5 (291+ 303) = 297 К. Переданное количество теплоты О=--а(Тя — Т„) лг(1 =946! (303 — 291) 3,14 16 10-'Х )с 1,5 --8,556 кВт.
Количество образующегося конденсата сг! .=Я!г =- 8556/2444 — - 3,50 !О ' кто. 18.2. Определить полную поверхность и поперечный размер теплопередающей поверхности вертикального короба, через одну стенку которого передается теплота протекающему в нем воздуху. Теплота через стенку передается от стекающей пленки, образовавшейся на ребре за счет конденсации на ней 30 г/с сухого насыщенного пара при р„== = 0,1 МПа. Конденсация происходит из неподвижного пара.
Течение пленки конденсата по стенке ламинарное. Длина короба по ходу течения пленки конденсата ! =- 2 м. Температура стенки ребра короба со стороны стекающей пленки Т„= 313 К. 18.3. Как повлияет на переданное количество теплоты изменение температурного перепада между поверхностью пластины, на которои происходит конденсация, и копдепсирующимся паром (Тя — Т„)1 Пленочная конденсация происходит на вертикальной пластине, течение пленки конденсата ламинарное. 18.4. Определить коэффициенты теплоотдачн и прп конденсации неподвижного водяного пара (ря = 100 кПа) на вертикальной пластине, имеющей температуру стенки Т„= 358 К: а) по критериальнай зависимости Нуссельта; б) с учетом поправок еч, е, и е„учитывающих соответственно влияние канвективнаго переноса теплоты н силы инерции, за- висимость физических свойств конденсата от температуры и волновой характер течения пленки конденсата.
18.5. Определить местный (х = 3 м) коэффициент тепло- отдачи к вертикальной стенке от стекающей по ней пленки конденсата водяного пара. Количество образующегося конденсата на единице длины стенки /И, =- 1,2 кг/с. Параметры пара р„= 4,24 кПа, Т„= 303 К. Физические свойства пара считать постояинымн и определить их по температуре насыщения. Р е ш е н и е. Для выбора расчетной формулы определим режим течения пленки конденсата: йе — ~ ' ' ' — 4494)Бекр-— 400, гам Ррм 801 ° 1О ~ следовательно, режим течения пленки турбулентный. Здесь д = /И, г/Е, Вт/м', ширину стенки принимаем равной 1м, тогда г = 1 м'.
Физические свойства воды и число Рг берем из таблиц 141 при Т„= 303 К = 30' С. Для турбулентного режима течения пленки Мц =0,0325Па1/з Ке'/' Рг'/Р 0,0325 ! ~, ) х чт хлеща Рты' =О 0325) ' 1 (4494)'/'х ~!о,ао4 1о- ! 1 х(5,42)ы' =46010; я = Хц Х,„/к = 46 010 0,6!8/3 = 9478 Вт/(мР. К). !8.6. Как изменится значение среднего коэффициента теплоотдачи от пленки конденсата, образующейся из неподвижного водяного пара, к плоской стенке, если к движению пленки, стекающей под действием сил тяжести, добавить движение, вызванное скоростью перемещения паровой фазы.
Параметры пара: р„= 47,36 кПа; Т„= 353 К. Протяженность стенки ! 2 м. Режим течения пленки ламинарный. Физические свойства воды: ! =- 0,675 Вт/(м . К); р. = 355 1Π— ' Па с; т = 0,4!5 10-' м'/с; г = 2308,2 кДж/ /кг; р" = 0,293 кг/м', считать постоянными. Скорость пара в, = 50 м/с. Количество образующегося конденсата 3 1О-' кг/с. Указание. Для решения использовать табл.
ЧП1.2 из учебника 1191. 18.7. Определить коэффициент теплоотдачи при конденсации 1,0 10-' кг/с водяного пара на горизонтальной плос- кой стенке теплообменного устройства при условии быстро- движущегося пара. Так как движение образовавшейся пленки происходит только за счет трения между паром и пленкой, то приближенно можно считать, что процесс протекает в условиях невесомости. Скорость пара ш" =- 70 м/с, протяженность стенки ! =- 1 м.
Пар насыщенный р„= 12,34 кПа. Р е ш е н и е. Физические свойства пара и жидкости выбираем по таблицам Приложения при температуре насыщения. Для воды: Л„, = 0,648 Вт/(м К); р„, = 549 10-а Па с; р,„= 988 кг/м', г = 2383 кДж/кг. Для пара; Л" = 0,0186 Вт/(м ° К); р" = 10,1 ° 10-а Па ° с; р" = 0,0831 кгlм'. Плотность теплового потока, поступающего в стенку, а = 6 г/ (!Ь) =1,0 10-'2383/(1 ° 1) = 2,383 нВт/м'. Здесь ширина стенки принята равной 1 м.
Коэффициеиттрения на границе между паром и пленкой с,= 2д/~гр" ш") =. 2 2,383/(2383 0,0831 70) =3,438 !0-~. Средний коэффициент теплоотдачи для условий движения пленки за счет снл трения при д =. сопз! определяется по формуле а .0,648( / Рм ) рж ч/ /3'4за гв ?в~ о озз! ззз ззазм 549.!о-з 2,заз 1 18.8. В условиях земного притяжения при конденсации насыщенного пара (р„= 101 кПа) на вертикальной пластине с температурой стенки Т„= 293 К и Ве 350 длина ламннарного участка, отсчитываемая от верхней кромки по направлению стекання нонденсата, равна 1,5 м. Определить длину ламннарного участка при том же йе, если гравитация в сравнении с условиями земного притяжения уменьшится: а) в пять и б) в двадцать раз.
Физические свойства пара и воды считать постоянными. 18.9. Для получения капельной конденсации в качестве гидрофобной добавки использовалась олеиновая кислота, впрыскиваемая в пар. Определить значение коэффициента теплоотдачи нри капельной конденсации насыщенного пара в условиях р„ !О1 кПа на медной пластине высотой /г = = ! м. Температура поверхности пластины Т„ = 358 К; Т„ = 3?3 К. Сравнить полученное значение коэффициента теплоотдачи с коэффициентом теплоотдачи при пленочной конден- сации, имеющей место в указанных условиях. Течение пленки во втором случае ламинарное.
Р е ш е н и е . Критериальную зависимость для определения коэффициента теплоотдачи при капельной конденсации пара выбираем в зависимости от значения числа Рейнольдса Лж (Тн — Тст) 0;883 (373 — 358! 1,6! ° 1! гадж 2257 !!И 282.!О-а При 3 3 1О-з ~ Ре(1,8.10-х Хи =5!О-"йе ' " П,', "Рг'/'. Физические свойства воды берутся из таблиц Приложения при Т„= 373 К: Хи, =- 0,683 Вт/(м К); рж =- 282Х х!О-"' Па с; р„, — — 958 кг/м', г = 2257 10 ' Дж/кг; о = = 0,0589 Н/м; Рг = 1,75.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
