Характеристики λ, ν и Рr сухого воздуха.
t, 0C |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
120 |
λ, Вт/(м·К) |
0,0251 |
0,0259 |
0,0267 |
0,0276 |
0,2830 |
0,0290 |
0,2960 |
0,0305 |
0,0313 |
0,0321 |
0,0324 |
ν·106, м2/с |
14,16 |
15,06 |
16,00 |
16,96 |
17,95 |
18,97 |
20,02 |
21,09 |
22,10 |
23,13 |
25,45 |
Рr |
0,705 |
0,703 |
0,701 |
0,699 |
0,698 |
0,696 |
0,694 |
0,692 |
0,690 |
0,688 |
0,686 |
Задача 3
По трубе внутренним диаметром d, мм и длиной L, м протекает вода со скоростью м/с (рис. 5). Средняя температура воды – t, 0C , а внутренней стенки трубы – tс, 0C. Определите коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы и передаваемый тепловой поток. Исходные данные приведены в таблицах 9, 10. |
|
Рис. 5. Схема теплообмена к задаче 3. |
Таблица 9
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
t, 0С |
70 |
80 |
75 |
85 |
95 |
90 |
100 |
105 |
110 |
115 |
tс, 0С |
40 |
50 |
45 |
55 |
65 |
60 |
70 |
75 |
80 |
85 |
, м/с |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
d, мм |
30 |
35 |
40 |
45 |
55 |
50 |
60 |
65 |
70 |
80 |
L, м |
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
2 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Таблица 10
Характеристики λ, ν и Рr воды.
t, 0C |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
λ·102, Вт/(м·К) |
63,4 |
64,8 |
65,9 |
66,8 |
67,5 |
68 |
68,3 |
68,5 |
68,6 |
|
0,660 |
0,556 |
0,478 |
0,415 |
0,365 |
0,326 |
0,295 |
0,268 |
0,244 |
Рr |
4,31 |
3,54 |
2,98 |
2,55 |
2,21 |
1,95 |
1,75 |
1,58 |
1,43 |
·106,
м2/сЗадача 4
Определите поверхность нагрева стального рекуперативного газовоздушного теплообменника (толщина стенок δс = 3 мм) при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей (рис. 6), если объемный расход топочных газов при нормальных условиях Vн, м3/ч, средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности нагрева α1, Вт/(м2·К), от поверхности нагрева к воде α2 = 500 Вт/(м2·К), коэффициент тепло-проводности материала стенки трубы (стали) λ = 50 Вт/(м·К), начальные и конечные температуры газа и воды равны соответственно t1′, t1″, t2′ и t2″, теплоемкость топочных газов сг = 1,15 кДж/(кг·К). Определите также расход воды G, кг/ч через теплообменник. Изобразите график изменения температур теплоносителей для обеих схем. Исходные данные для расчета приведены в таблице 11.
|
|
Рис. 6. Схема движения теплоносителей в теплообменном аппарате
Таблица 11
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||||||||||
Vн·10-3, м3/ч |
15 |
20 |
25 |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
55 |
10 |
|||||||||||
α1, Вт/(м2·К) |
70 |
60 |
75 |
45 |
65 |
55 |
50 |
40 |
35 |
30 |
|||||||||||
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||||||||||
|
|
500 |
480 |
460 |
440 |
420 |
400 |
380 |
360 |
340 |
320 |
||||||||||
|
|
250 |
240 |
230 |
210 |
200 |
180 |
160 |
130 |
140 |
120 |
||||||||||
|
|
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
15 |
||||||||||
|
|
90 |
95 |
100 |
105 |
110 |
115 |
120 |
120 |
130 |
100 |
||||||||||
,
0C
,
0C
,
0C
,
0C
Задача 5
Паропровод диаметром d2/d1 (рис. 7) покрыт слоем совелитовой изоляции толщиной δ2, мм. Коэффициенты теплопроводности материала трубы λ1, изоляции λ2= 0,1 Вт/(м·К). Температуры пара tж1 и окружающего воздуха tж2, 0С. Требуется определить линейный коэффициент теплопередачи кl, Вт/(м2·K), линейную плотность теплового потока ql, Вт/м и температуру наружной поверхности паропровода t3, 0С. Исходные данные приведены в таблице 12. |
Рис. 7. Расчетная схема паропровода |
Таблица 12
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||||||||
d1, мм |
200 |
190 |
180 |
170 |
160 |
150 |
140 |
130 |
120 |
110 |
|||||||||
d2, мм |
216 |
206 |
200 |
180 |
170 |
160 |
150 |
140 |
130 |
120 |
|||||||||
δ2, мм |
120 |
100 |
110 |
150 |
140 |
130 |
120 |
90 |
80 |
70 |
|||||||||
λ1, Вт/(м·К) |
30 |
35 |
50 |
40 |
50 |
45 |
40 |
45 |
35 |
30 |
|||||||||
tж1, 0C |
300 |
200 |
150 |
160 |
170 |
180 |
220 |
240 |
260 |
280 |
|||||||||
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||||||||
α1, Вт/(м2·К) |
100 |
80 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
220 |
240 |
260 |
|||||||||
α2, Вт/(м2·К) |
8,5 |
10 |
12 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
|||||||||
tж2, 0C |
25 |
20 |
15 |
30 |
40 |
35 |
25 |
20 |
15 |
10 |
|||||||||
Задача 6
Горизонтальная труба длиной L, м и наружным диаметром d, м расположена в помещении, температура воздуха в котором tв, 0С. Средняя температура поверхности трубы tс, 0С. Определите величину коэффициента теплоотдачи от трубы к воздуху, а также тепловой поток, теряемый трубой. Исходные данные приведены в таблице 13.
Таблица 13
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
tв, 0C |
20 |
10 |
30 |
60 |
40 |
70 |
50 |
100 |
80 |
90 |
tс, 0C |
180 |
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
160 |
170 |
190 |
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
d, м |
0,057 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
0,14 |
L, м |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Задача 7
Пятирядный коридорный пучок труб диаметром d, мм (расстояние между осями труб по ширине пучка S2 = 60 мм, расстояние между осями двух соседних рядов S1 = 73 мм омывается поперечным потоком воздуха с температурой tж, 0С. Определите среднее значение коэффициента теплоотдачи для пучка αср, Вт/(м2·К), если скорость движения воздуха в узком сечении м/с и угол атаки потока воздуха φ, град. Исходные данные приведены в таблице 14. |
|
Рис. 8. Схема омывания пучка труб потоком воздуха |
Таблица 14
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
d, мм |
32 |
34 |
36 |
38 |
40 |
42 |
44 |
46 |
48 |
50 |
t, 0С |
40 |
20 |
30 |
50 |
45 |
35 |
25 |
15 |
10 |
60 |
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
ω, м/с |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
φ, град |
90 |
70 |
65 |
60 |
55 |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
Нестационарный режим
Задача 1
Определите температуру в центре tц, 0С и на поверхности tп, 0С цилиндра диаметром d, м и длиной l, м через 5 часов после помещения его в печь. Начальная температура цилиндра tн, температура внутри печи tж, 0С, коэффициент теплопроводности материала цилиндра λ, Вт/(м·К), теплоемкость с, кДж/(кг·К), плотность кг/м3, коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м2·К). Определите также среднеобъемную температуру цилиндра через 5 часов после начала нагрева и количество теплоты, затраченной на нагрев до температуры tж. Исходные данные для расчета приведены в таблице 15, υ0/υ′ и υп/υ′ – на рисунках 9 и 10.
Таблица 15
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
λ, Вт/(м·К) |
35 |
45 |
60 |
65 |
50 |
55 |
40 |
37 |
46 |
52 |
с, кДж/(кг·К) |
0,68 |
0,50 |
0,50 |
0,55 |
0,45 |
0,47 |
0,57 |
0,60 |
0,65 |
0,66 |
, кг/м3 |
7800 |
7900 |
7200 |
7300 |
7400 |
7500 |
7600 |
7700 |
7550 |
7450 |
α, Вт/(м2·К) |
232 |
200 |
150 |
100 |
50 |
75 |
125 |
175 |
220 |
180 |
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
d, м |
0,30 |
0,25 |
0,45 |
0,50 |
0,55 |
0,75 |
0,20 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
l, м |
1,0 |
0,8 |
1,2 |
1,5 |
1,6 |
1,1 |
1,0 |
1,3 |
1,6 |
1,7 |
tн, 0С |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
tж, 0С |
1000 |
800 |
900 |
1100 |
1150 |
1020 |
1030 |
1040 |
850 |
950 |
Задача 2
Пластина
(брикет) сливочного масла (размером
А.В.D
мм)
охлаждается в холодильной камере,
температура воздуха в которой tж,
0С.
Начальная температура брикета tн,
0С.
Определите температуру в центре пластины
tц,
0С
через τ мин после начала охлаждения, а
также количество теплоты Q(τ),
кДж,
отводимой от пластины. Коэффициент
теплоотдачи принять равным
Вт/(м2·K).
Теплофизические характеристики
материала: λ,
Вт/(м·К), a,
м2/с,
с,
кДж/(кг·К).
Рассчитайте
также среднеобъемную температуру
пластины через 5 часов после начала
охлаждения. Исходные данные для расчета
приведены в таблице 16,
и Q
(τ)/Q
–
на рисунках 11 и 12.
Таблица 16
1-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
A, мм |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
450 |
550 |
650 |
750 |
850 |
B, мм |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
450 |
550 |
650 |
750 |
850 |
D, мм |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
45 |
55 |
65 |
75 |
85 |
tн, 0С |
-10 |
-5 |
-6 |
-7 |
-8 |
-9 |
-11 |
-12 |
-13 |
-14 |
tж, 0С |
20 |
10 |
14 |
16 |
18 |
17 |
15 |
19 |
22 |
21 |
2-я цифра варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
τ, час |
4,0 |
2,0 |
3,0 |
5,0 |
1,5 |
2,5 |
3,5 |
4,5 |
5,5 |
6,5 |
α, Вт/(м2·К) |
25 |
20 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
λ, Вт/(м·К) |
0,19 |
0,17 |
0,18 |
0,22 |
0,24 |
0,23 |
0,21 |
0,20 |
0,16 |
0,19 |
а.108, м2/с |
4,5 |
5,8 |
5,3 |
5 |
4,7 |
4,8 |
5,2 |
4,6 |
4,2 |
4,3 |
с, кДж/(кг·К) |
5,6 |
3,7 |
4,2 |
4,7 |
5,2 |
5,0 |
4,4 |
5,4 |
5,8 |
5,7 |
Рис. 9. υ0/υ′ = Ф0(Bi, Fo) для бесконечно длинного цилиндра
Рис. 10. υп/υ′ = Ф0(Bi, Fo) для бесконечно длинного цилиндра
Для определения избыточной температуры υ0/υ′ или υп/υ′ по графикам, приведенным на рисунках 9 и 10, вычисляют числа Bi и Fo. Далее откладывают по оси абсцисс найденное значение Bi и восстанавливают из этой точки перпендикуляр до пересечения с линией Fo = const, соответствующей вычисленному значению Fo. Из полученной точки проводят горизонтальную линию до пересечения с осью ординат, на которой считывают искомое значение избыточной температуры.
Рис. 11. υп/υ′ = Ф0(Bi, Fo) для плоской неограниченной пластины
Рис. 12. Q()/Q= f0(Bi, Fo) для плоской неограниченной пластины