Задача 5.04 по дисциплине «ТЕРМОДИНАМИКА» Воздух нагревается омывая № 217391

Дисциплина: «Термодинамика»
Задача 5.04 по дисциплине «ТЕРМОДИНАМИКА» Воздух нагревается омывая № 217391
Цена 100 руб.

1. Воздух (средняя температура*^ = 40 °С) нагревается, омывая в поперечном направлении одиночную трубу с температурой поверхности tc — 200°С, скорость воздуха равна W = 7,76 м/с; наружный диаметр трубы da = 50 мм.
Определить величину коэффициента теплоотдачи а (Вт/м2- град) от воздуха к поверхности трубы.
2. Чему был бы равен коэффициент теплоотдачи, если при тех же условиях охлаждение трубы производилось водой?
3.Определить число рядов в пучке труб (см.рис,), омываемом дымовыми газами, если расход газов через газоход прямоугольного сечения (392* 784 мм) составляет М = 1,355 кг/с. Температуры газов на входе в пучок ti = 525°С на выходе С = 475°С , поверхности труб tc = 400°С.
Указание: при числе рядов труб более 10 различием в коэффициентах теплоотдачи первого, второго, третьего и последующих рядов пренебречь.
Решение:
1)Выпишем теплофизические свойства воздуха при
Найдем число Рейнольдса:
Следовательно, в пограничном слое имеет место быть смешанный режим
течения жидкости: …………

Основные формулы, задачи и способы их решения
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

ПРЕДИСЛОВИЕ
В сборнике приводятся задачи, которые предлагаются студентам для самостоятельного решения на практических занятиях. Даются формулы, используемые при решении задач.
Цель практических занятий – разобраться в теоретическом материале, излагаемом 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.

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
– плотность теплового потока, передаваемого теплопро-

водностью, через однослойную плоскую стенку [Вт/м2].
– плотность теплового потока, передаваемого теплопроводностью через многослойную плоскую стенку [Вт/м2].
– плотность теплового потока, передаваемого в процессе
теплопередачи через однослойную плоскую стенку [Вт/м2].
плотность теплового потока, передаваемого в процессе теплопередачи через многослойную плоскую стенку [Вт/м2].
Q = qF – тепловой поток [Вт].

Задача 1. Стенка топочной камеры состоит из карборундового кирпича
(коэффициент теплопроводности карборунда

= 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

= 35 Вт/(м •К), температура воды 150 °С, коэффициент теплоотдачи от стенки к воде

= 5830 Вт/(м 2

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 толщиной 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- делить количество камер в стеклопакете (оконное стекло толщиной 4 мм и про- слойка воздуха толщиной 5 мм), который необходимо поставить, чтобы плот- ность теплового потока, передаваемого через окно, была такой же, как и через стену. Температура стены (окна) внутри здания плюс 20 °С, а снаружи – минус 20 °С. Коэффициенты теплопроводности стекла и воздуха соответственно рав- ны 0,74 Вт/(м•К) и 0,025 Вт/(м•К).

Занятие № 2. Теплопроводность и теплопередача через цилиндрические стенки
– тепловой поток, передаваемый тепло-
проводностью через однослойную цилиндрическую стенку [Вт].
? – линейная плотность теплового потока,
передаваемого теплопроводностью через однослойную цилиндрическую стенку [Вт/м].
? – линейная плотность теплового потока,
передаваемого теплопроводностью через многослойную цилиндрическую стен- ку [Вт/м].
– линейная плотность теплового потока, передаваемого в процессе теплоотдачи [Вт/м].
– линейная плотность теплового потока, пере-

даваемого в процессе теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку [Вт/м].
– линейная плотность теплового потока,
передаваемого в процессе теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку [Вт/м].
l – тепловой поток [Вт].
?2 – критический диаметр тепловой изоляции [м].

Задача 1. Стальной паропровод наружным/внутренним диаметрами 110/112 мм (коэффициент теплопроводности стали = 50 Вт/(м•К)) покрыт двумя слоями тепловой изоляции: толщина первого слоя 50 мм ( = 0,06 Вт/м•К), толщина второго слоя 60 мм ( = 0,12 Вт/м•К). Определить потери теплоты с единицы длины трубопровода и температуру на границе со- прикосновения слоев тепловой изоляции, если температура внутренней поверх- ности трубы 250 °С, а наружной поверхности изоляции 50 °С.
Задача 2. Стальной паропровод наружным/внутренним диаметрами 110/112 мм (коэффициент теплопроводности стали = 50 Вт/(м•К)) покрыт двумя слоями тепловой изоляции: толщина первого слоя 50 мм ( 1 = 0,06 Вт/(м•К)), толщина второго слоя 60 мм ( 2 = 0,12 Вт/(м•К)). Опреде- лить потери теплоты с единицы длины трубопровода и температуру на границе соприкосновения слоев тепловой изоляции, если внутри трубы течет вода, тем- пература которой 80 °С, коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней стенке трубы 1 = 3500 Вт/(м2•К), а снаружи находится воздух, его температура 10 °С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к воздуху 2 = 11 Вт/(м2•К).
Задача 3. По трубопроводу наружным диаметром 125 мм, внутренним
диаметром 120 мм течет горячая вода, температура которой 170 °С. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, температура которой 3 °С, необходимо трубу теплоизолировать. Для этого имеется асбест и шлаковата (коэффициенты теплопроводности асбеста 0,116 Вт/(м•К), а шлаковаты 0,8 Вт/(м•К)). Какой материал можно использовать в этом случае, и какой тол- щины его необходимо нанести на поверхность трубопровода, чтобы тепловые потери уменьшились в три раза по сравнению с неизолированным трубопрово- дом? Коэффициенты теплоотдачи от воды к стенке трубы 1000 Вт/(м2•К), а от
наружной ее поверхности к воздуху 10 Вт/(м2•К). Коэффициент теплопроводно-
сти материала трубопровода 45 Вт/(м•К). Так как d2/d1 2, то для расчета мож- но воспользоваться формулой для теплопередачи через плоскую стенку.
Занятие №3. Теплопроводность при наличии внутренних источников теп- лоты