Задачник по термодинамике (555278), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Температурный коэффициент поверхностного натяжения: ааТ 0,0589 20 24.н! э (О 0580)~373 46 гр~ 2257. !ГЯ (282, !Π— 1)* Ми=5 10-'Ве — ' ю П,', "Рг!гз= 5 !О-' х х (1,61 ° !0 е) — !,ьт (46 72 1О з)!.!а,(1 75)! Ы ! 13 2,10-х Коэффициент теплоотдачн при капельной конденсации )Ча Л„.р„, !Т„. Т„) а,= и 2а?'„ ! !3,2 !О-".0,583 2257 !!И 058 (373 — 358) 2 0,0589 373 =- 57 070 Вт/(м' К). Коэффициент теплоотдачн при пленочной конденсации 4ни< 1҄— Тай 8 ~ 3 '!О !058) 0'8! !о'083) ~ ! =,8 В ( 'К); х~ ' ' ' — =, т/м ); 4 282 !О " [373 — 358) ! а„/а„=57 070/5897 =9,86, 18.!О.
Какую скорость пара необходимо поддерживать прн конденсации насыщенного водяного пара на горизон- тальной пластине при движения образовавшейся пленки только за счет трения между паром и пленкой конденсата, 277 чтобы суметь через поверхность г" =- ЙЬ =- 1,0 0,2= 0,2 мэ передать количество теплоты, равное 12 кВт.
Параметры пара р„= 300 кПа, Т„= 406, 5 К, /зТ = 10 К. 18.11. При больших скоростях пара определяющим фактором при теплообмене с конденсацией является скорость движения пара, а не скорость стенания пленки под действием силы веса. Определить коэффициент теплоотдачи, если скорость насыщенного пара с р„= 100 кПа равна 100 м/с.
Конденсация происходит на вертикальной стенке высотой 2 м при ламинарном режиме течения пленки. 18.12. Прн конденсации пара на нижней поверхности горизонтальной плиты удаление конденсата с поверхности происходит в виде отрыва капель от стенки либо от пленки. Определить средний коэффициент теплоотдачи прн конденсации водяного пара на такой плите при р„= 101 кПа и Т, = 373 К. Температуру стенки принять равной Т„= = 343 К. Коэффициент поверхностного натяжения для воды принять равным 0,0589 Н/и. Плотностью пара при расчете пренебречь. 18.13.
Определить, во сколько раз уменьшится коэффициент теплоотдачи на вертикальной пластине при нонденсв. цин водяного пара с примесью в нем воздуха по сравнению со случаем конденсации чистого насыщенного пара. Определить, как влияет на коэффициент теплоотдачи величина массовой концентрации воздуха при гл =0,01 кг/мз илг = 0,1 кг/м'. Давление смеси паров с воздухом 101 кПа. Скорость движущейся смеси ш =3 м/с. Температура поверхности стенки конденсатора Т„= 363 К. Расчет провести для двух значений продольной координаты: х *= 0,061 м; х = 0,122 м.
Р е ш е н и е . Определяклцне соотношения для коэффициентов теплоотдзчи при конденсации чистого лара ая и конденсации из паровоздушной смеси а„,„имеют вид п~= Ч~/(Г /сг)~ мпвс ~дым/(/~ Гст) следовательно, а,/а„„д„/д„„. Физические свойства воды берутся нз таблиц Приложения при Т„=363 К =90'С: ),и 0,680 Вт/(м К); рм =315 1О-'Па с; р„, 965 кгlм', г =2282 кДж/кг. Динамическая вязкость пвровоздушной смеси берется по экспериментальным данным — р„, = 12,18 10-з Па с. Газовая постоянная смеси )7пвс )зп(1 /псе) +)зв л!вс = (1 Ю1) + 3314 -(- — 0,01 = 460 Дж/(кг К); 29 Р „, — и/(/7„„,7' ) =101.10'/(460 373) =0,589кг/мв.
Число Шмидта 5с = (с„„/(Р„„Р) = 12,18.10-'/(0,589 0,376 10-') = 0,55, Здесь Р— козффициент диффузии. Плотность теплового потока д прн конденсации чистого пара в случае ламинарного течения пленки конденсата пропорциональна (1 — 1„)в/4. При наличии в паре примеск воздуха Оп„пропорциональна (14 — 1„)з/4, где /4 — температура поверхности пленки. Для определения 74 необходимо вычислить козффициен. ты К, Р и С; 1.43 зев (1+Яе ~1 ( ж Рж Я Реве вв Реве (! 41вж вв 1,43 0,55в (!+0.55-в) Х 0,539.3.
12,13. 10-в 0,53* 935в 9,3! 1 /~ О 122! /и =О 274О. 1 ''' ~1" ° 4.3!5.1О-в (2232.1Ов)в 1 1.427(1 — 1с )и/4 гп/4 К+ 2,52/мв 2(0,295/~/ К+1,71/пв ) 1,427(!00-90)"' !00'/' О 274 +2 52/0,01 О 639 2 (О 295 100з/и О 274» 1 7!/О О!1 1.097 (/„— !.,)'/и К+1,55 0,295ф~ К+1,71/пв 1,097 (100 †)в/и 0,274+ 1,55 0,295 1003/~ 0,274+ 1,7!/0,01 Температура 14 определяется по формуле 14 =1„ [1 †(Р— 1/ Р' — С ~'"1 = 1ОО [1 †(0,6394— у'(О 6394)в О О44)4/з1 98 84 С Следовательно, Для и„= 0,1 и х = 0,061 м расчеты выполняются аналогично.
Результаты расчетов отношения а „/а,„,; и~ х О,О1 О,1О О,ОО! 0,122 2. И 2,44 1,от 1,1О !8. !4. Какую температуру необходимо поддерживать на поверхности вертикальной пластины, чтобы при числе Рейнольдса пленки Кеэ = 350 длина ламинарного участка пленки была не менее 3 м. Параметры пара: р„= 50 кПа; Т„= 354 К.
9 18.2, Теплообмен при кипении жидкости т=р/р а =т/Рг= о = 0,00714 х р' = 1/о' = 1/1,080 ° 10-' = 926 кг!м', = 2,009 1О-'/926 = 2,170 1О-' м'/с; = 2,170 10-7/1,26 = 1,722 10-' м' с; х((р' — р") /1000)а й .= 0,00714 1(926 — 1,966)/1000)э 9,81, = = 0,51 Н!м. !8.15. Определить коэффициент теплоотдачи, температурный напор и температуру поверхности нагрева при пузырьковом кипении в большом объеме, если плотность теплового потока на поверхности нагрева о = 3 10' Вт/и' и вода находится под давлением р = 0,361 МПа.
Р с ш е н и е. Используя таблицы Приложения, находим физические свойства воды н водяного пара на линии насышения при р„=- 0,361 МПа: !„=- 140' С; о' = 1,080Х Х10-' и'/кг; 2. = 0,685 Вт!(м К); Рг = 1,26; р = 2,009 Х Х10-' Па.с; р" == 1,966 кг!м', г = 2,145 МДж/кг, тогда: Козффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме определяем по формуле С.С. Кутателадзе П9[: 7.10-4)((оо.о[а (р' р )]о,г) [/г д/(„!г" а)]ел м ХРг оло 7 10-'0,685/(0„052" [9,81(926— — 1,9661]") [0,361 ° 10о 3 1О'/(2,!45.10' 1,966 1,722!С ,,~ !О г1]а,7 ! 26-о,оо 208 10оВ,(( г К) Температурный напор Л/= д/а ='3 1Оо/(2,08 10')= 14,4'С.
Температура стенки 1„= 1„+ М = 140+14,4 = 154,4"С. 18.16. Для исследования влияния давления на процесс теплообмена при юшенин определить а, Д/ и Г„для давлений 1,255; 2, 798 и 5,505 МПа, используя условия предыдущей задачи. Для сравнения полученных результатов построить зависимости а = / (р) и Ь!= / (р), включив в ннх данные, полученные при решении задачи 18.15.
18.17. Определить плотность первого критического теплового потока от неограниченной, обращенной вверх горизонтальной пластины к воде, кипящей под давлением 0,199 МПа. Р е ш е н и е. Плотность первого критического теплового потока при кипении жидкости в большом объеме может быть подсчитана по формуле С.С, Кутателадзе [19[: г/„о, = К, г (Р'по' [аи (Р' — Р")] " ', Значение критерия К, согласно опытным данным лежит в пределах 0,13...0,16. Принимаем К, =- 0,14.
Для р„= = 0,199 МПа из таблиц Приложения находим: и' = 1,060ос ог[0 ' м'/кг; р" =- 1,121 кг(м', г= 2,203 МДж(кг, тогда: р' =1/и' = 1/(1,060 10-') =943,13 кг/м', о= 0,00714я [(р' — р')/1000[' = 0,00714 9,81 х х [(943,! 3 — 1,121)/1000[о = 0,055 Н/м. Плотность первого критического теплового потока г)„о, =-К, г(р")" [од(р' — р")]" '" =-0,14 2,203 10" оо Х 1,121' ' [0,055 9,81(943,13 — 1,121)]'" = = 1,552 МВт/и'. 28! 18.18. Определить плотность первого критического теп- лового потока при кипении воды в большом объеме при р = = 2,798; 5,505; 7,445; 11,29; 18, 674 МПа н построить кри- вую д„р, —— / (р), учитывая значение д„р,, полученное в за- даче 18.17.
18.19. Кипящая вода при давлении 4 МПа движется в трубе внутренним диаметром 16 мм со скоростью 5 м/е. Оп- ределить коэффициент теплоотдачи от кипящей воды к стен- ке трубы и температуру стенки, если плотность теплового потока, подводимого к жидкости, равна 500 кВтlм'. Р е ш е н и е. Свойства воды находим нз таблиц Прило- жения прн /» 250, 33'С; г =17!2 10' Дж/кг; Рг„, =0,86; Л»с =0617 Вт/(м К); тгн = 137'10 ' м'/с; р„= — 20 кг/и', р 798,7 кг/м'; о = 27,14 10 * Н/и. Коэффициент теплоотдачи прн вынужденном течении жидкости в трубе: йе = а»1/» = 5 16 1О'/ (1,37 10') 584 1О' - 1О', течение турбулентное, следователыю, а„= 0,021 — ~ йе"' Рг"' =0,021 ' х Лж»,в э,» 0.617 10» »' 16 Х(584*10»)" 0,86'» 31242 Вт/(м' К). Коэффициент теплоотдачи при кипении в большом объе- ме: йе, д/»/(гр, т ) 5 10'0,0451 10'/(10" 1712 10» х х1,37 20) 0,005, где !» =сер о7'„/(р„г!» =0,045! 10-'и; при йе ~!О-э %1» 00625йе„" з Р!э э»~0 0625.0 005» э.086"з— =0,004; а»»„Мн» вЂ” 0,004 — ' 10» =54 723 Вт/(и'К).
Лм 0,6!7 0,046! При а„/а„„, =31 242/54 723= 0,57 ~ 0,5 а =а„[1 + (а„»„/а„)э!' " = 31 242 [1 + + !54 723/31 242)'!'" 63 013 Вт/(м* К). Находим температурный напор и температуру стенки: Л/=д/а =500 10»/63013 = 7,93'С; 1 = 1„+Л1= = 250,33 + 7,93 = 258,3' С. 18.20. Жидкий водород кипит в большом объеме прн дав. леннн р = О,! МПа. Плотность теплового потока, отводнмого от поверхности нагрева, д = 60 кВт/м'.
Какой характер должен иметь в этих условиях процесс кипения? Р е ш е н н е. Для заданных условий необходимо определить величину д„р, по формуле (ЧП1.175) П91. Параметры состояния водорода прн р = 0,1 МПа: г 452.10' Лж/кг; о 2,1 10 ' Н/и; р = 70,75 кг/ир; р р = 1,19 кгlм'. 4„р,*~ и Гр рр [ОЯ(ри — рр)1'"= — 452 10 ~1 !9Х Х[2,! 10 В 9,8(70,75 — 1,19)1'*' 69,7кВт/и'. Таким обРазом, йр р, ~ д, следовательно, имеет место пУ.
зырьковый режим кипения. 18.2!. Решить предыдущую задачу, если плотность отводимого теплового потока равна 180 кВт/мз, а кипящей жндкостью является азот клн кислород. 18.22. На наружной поверхностн горизонтальной трубы нз нержавеющей стали кнпнт жидкий натрий прн давлении 0,22 МПа. Плотность теплового потока равна 120 кВт/и'. Определить коэффициент теплоотдачн и температуру наружной поверхности трубы. 18.23. Решить предыдущую задачу для случая кипения калия при давлении 0,274 МПа, нспользуя формулу (Ч111.205) [19[.
ГЛАВА М тенлООБмен излучением $19.1. Раднацнонный теплообмен между твердымн телами, разделенныин днатермнчной средой 19.1. Определить лучистый тепловой поток между двумя круглыми пластинами, центры которых находятся на общей нормали, если меньшая пластина имеет диаметр Г(Г = 0,25 и, степень черноты 0,15 н температуру 1, =72T С, а большая— диаметр Г(В = 1),5 и, степень черноты 0,65 н температуру 1, = 22T С. Расстояние между пластинами /Г = 2 м.
Р е ш е и н е. Приведенная степень черноты системы тел врр =ВГВВ 0,15 0,65 = 0,0975. Поверхность излучателя (меньший диск) г"< = п<Г!/4 = 0,765.0,25' = 0,049 м' Угловой коэффициент определяется из соотношения 7!учистый тепловой поток мем<ду пластинами < < = е„С, ! (Т, /100/' — (Тэ/100)'! <рм Е, =0,0975 5,67 к > ((!000/100)4 (500/100)<) О 0697 0,049 =17,72 Вт. !9.2. Вычислить средние угловые коэффициенты р,, и <а,, для системы тел, состоящей из неограниченной плоской стенки и располом<енных вдоль нее длинных труб диаметром <Г = 100 мм с шагом з =- 120 мм. 19.3. Определить средние угловые коэффициенты для условий задачи !9.2, если расстояние между осями труб з = = 360 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
