Контрольная работа по предмету Теплотехника на тему: 4 расчетных задания по теории теплообмена

Охлаждение трубопровода 4.
Условие задачи Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру tв, давление Р и скорость w, внутренний диаметр трубы d1, толщина ее стенки Δ и заданной теплопроводность. Снаружи труба омывается горячими газами температурой tг , коэффициент теплоотдачи α2. Определить: 1. коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху (α1); 2. погонный тепловой поток; 3. построить график распределения температуры по толщине трубы. Комментарии: Коэффициент теплоотдачи внутри трубы рассчитывать с использованием критериального уравнения вида: Nu = 0.018 Re0.8 При рассчете коэффициента теплоотдачи и числа Re за характерный размер принять внутренний диаметр трубы.
Исходные данные
Теплопроводность трубы , Вт/м/К Толщина стенки трубы , мм Внутренний диаметр трубы , м Температура газов , °С Температура воздуха , °С Давление воздуха , МПа Скорость воздуха , м/с Коэффициент теплоотдачи газов , Вт/м2/К

Проверка расчетов:
Число Рейнольдса ↺ ; Число Нуссельта ↺ ; Коэффициент теплоотдачи для воздуха ↺ , Вт/м2/К Коэффициент теплопередачи ↺ , Вт/м/К Погонный тепловой поток ↺ , Вт/м Внутренняя температура трубы ↺ , °С Наружняя температура трубы ↺ , °С Теплопроводность воздуха ↺ , Вт/м/К Кинематическая вязкость воздуха ↺ *10-6, м2/с
Лучистый теплообмен - плоские стенки с экраном.
Условие задачи Две параллельно расположенные плоские стенки, имеющие температуру t1 и t2 и степени черноты ε1 и ε2, излучают теплоту друг на друга. Определить: 1. плотность лучистого теплового потока 2. плотность лучистого теплового потока при установке между стенками экрана со степенью черноты εэ 3. коэффициент экранирования 4. найти максимальные длины волн для температур стенок по закону Вина и построить графики зависимости монохроматической плотности излучения от длины волны (закон Планка) для каждой стенки в диапазоне от 1 до 20 мкм. На графиках, на кривой распределения, указать получившуюся максимальную длину волны. Комментарии: Условия теплообмена считать стационарными. Теплопроводностью и конвективным теплообменом в зазоре между пластинами пренебречь. В качестве экрана взять тонкий металлический лист.
Исходные данные
Температура первой стенки , °С Температура второй стенки , °С Степень черноты первой стенки ; Степень черноты второй стенки ; Степень черноты экрана ;

Проверка расчетов:
Температура экрана ↺ , K Плотность теплового потока без экрана ↺ , Вт/м2 Плотность теплового потока с экраном ↺ , Вт/м2 Коэффициент экранирования ↺ ;
Теплообменник - труба в трубе.
Условие задачи Выполнить расчет кожухотрубного теплообменного аппарата («труба в трубе»). Горячий теплоноситель движется по внутренней трубе, холодный – в межтрубном пространстве. Схема движения – противоток. Потерями тепла в окружающую среду пренебречь. Режим течения теплоносителей считать вязкостным. Плотность воды принять 1000 кг/м3.

Определить: 1. тепловой поток, передаваемый аппаратом от горячего теплоносителя холодному 2. площадь поверхности теплообмена 3. длину аппарата. Комментарии:
Физические параметры воды на линии насыщения* t, °C Cр, кДж/(кг К) λ, Вт/(м К) ν*106, м2/с Pr 0 4,212 0,551 1,789 13,67 10 4,191 0,575 1,306 9,52 20 4,183 0,599 1,006 7,02 30 4,174 0,618 0,805 5,43 40 4,174 0,634 0,659 4,31 50 4,174 0,648 0,556 3,54 60 4,178 0,659 0,478 2,98 70 4,187 0,668 0,415 2,55 80 4,195 0,675 0,365 2,21 90 4,208 0,680 0,326 1,95 100 4,220 0,683 0,295 1,75 110 4,233 0,685 0,272 1,60 120 4,250 0,686 0,252 1,47 130 4,266 0,686 0,233 1,36 140 4,287 0,685 0,217 1,26 150 4,312 0,684 0,203 1,17 * При наличии температур, попадающих между табличными значениями, все параметры воды требуется линейно интерполировать по температуре. Формула для линейной интерполяции на примере Cp: Cp* = Cp1 + ( Cp2 – Cp1 ) ( t* – t1 ) / ( t2 – t1 ), где t1, t2, Cp1, Cp2 соответствующие границы интервала по температуре и по теплоемкости (см. Табл.) для заданной температуры t*. Cp* – искомая теплоемкость для заданного t*, например: Cp* = 4.191 + ( 4.183 – 4.191 ) ( t* – 10 ) / ( 20 – 10 ) Для более точного получения параметров воды от заданной температуры рекомендуется использование следующих интерполяционных формул: Cp(t) = 0.02 t2 – 1.5 t + 4207.5 λ(t) = –0.00001 t2 + 0.0025 t + 0.5517 ν(t) = 0.000001477 e-0.0175 t Pr = ρ ν Cp / λ, где ρ – плотность воды. Уравнение подобия для переходного режима течения имеет вид: Nuж = К0 Prж0,43εм, где коэффициент К0 выбирается из таблицы: Reж 2200 2300 2500 3000 3500 4000 К0 2,2 3,6 4,9 7,5 10 12,2 Reж 5000 6000 7000 8000 9000 10000 К0 16,5 20 24 27 30 33 Коэффициент К0 также требуется линейно интерполировать по Reж. Для более точного описания коэффициента рекомендуется формула: К0(Re) = –0.0000002 Re2 + 0.0058 Re – 8.5665 εм – поправка на направление теплового потока (поправка Михеева). Может быть найдена как: εм = ( Prж / Prст )0.25, где Prж – число Pr жидкости, Prст – число Pr стенки. При Re < 2300 использовать уравнение подобия: Nuж = 0.15 Re0.33 Pr0.43 εм При Re > 10000 использовать уравнение подобия: Nuж = 0.021 Re0.8 Pr0.43 εм При проверке коэффициента теплопередачи использовать значение, умноженное на число Пи.
Исходные данные
Скорость горячей воды , м/с Скорость холодной воды , м/с Внутренний диаметр кожуха , м Внутренний диаметр трубы , м Наружный диаметр трубы , м Теплопроводность материала трубы , Вт/м/К Температура горячей воды на входе , °C Температура холодной воды на входе , °C Температура холодной воды на выходе , °C



Проверка расчетов:
Живое сечение горячего теплоносителя ↺ , м2 Живое сечение холодного теплоносителя ↺ , м2 Эквивалентный диаметр по холодному т/н ↺ , м Расход горячей воды ↺ , кг/с Расход холодной воды ↺ , кг/с Тепловой поток ↺ , Вт Теплоемкость горячей воды ↺ , Дж/кг/К Температура горячей воды на выходе ↺ , °C Средний температурный напор ↺ , °C Температура стенки трубы ↺ , °C Число Прандтля горячей воды ↺ ; Число Рейнольдса горячей воды ↺ ; Число Нуссельта горячей воды ↺ ; Коэффициент теплоотдачи горячей воды ↺ , Вт/м2/К Число Прандтля холодной воды ↺ ; Число Рейнольдса холодной воды ↺ ; Число Нуссельта холодной воды ↺ ; Коэффициент теплоотдачи холодной воды ↺ , Вт/м2/К Коэффициент теплопередачи ↺ , Вт/м/К Длина теплообменника ↺ , м Площадь поверхности теплообмена ↺ , м2





Термостат.
Условие задачи Термостат представляет собой цилиндрическую емкость, закрытую плоскими крышками, с заданной толщиной корпуса, теплопроводностью материала, радиусом внутренней поверхности и высотой. Термостат покрыт снаружи слоем тепловой изоляции одинаковой толщины по всем поверхностям. Внутри термостата работает нагреватель и создает заданный тепловой поток, поддерживая заданную температуру и коэффициент теплоотдачи. Снаружи термостат обдувается воздухом с известной температурой и коэффициентом теплоотдачи.

Найти: 1. толщину изоляции, обеспечивающую заданный температурный режим; 2. для плоской (ПП) и цилиндрической (ЦП) поверхностей термостата определить температуры: – на внутренней поверхности корпуса; – на поверхности контакта стенки корпуса и тепловой изоляции; – на наружной поверхности тепловой изоляции. Построить графики распределения температуры по толщине плоской и цилиндрической теплоизолированных стенок термостата.
Исходные данные
Внутренний радиус , м Высота , м Толщина корпуса , м Теплопроводность корпуса , Вт/м/К Тепловой поток , Вт Температура внутри , °C Температура снаружи , °C Коэффициент телоотдачи внутри , Вт/м2/К Коэффициент телоотдачи снаружи , Вт/м2/К Теплопроводность изоляции , Вт/м/К
Проверка расчетов:
Толщина изоляции ↺ , м Плотность теплового потока ↺ , Вт/м2 Погонный тепловой поток ↺ , Вт/м Тепловой поток через ПП ↺ , Вт Тепловой поток через ЦП ↺ , Вт Температура ПП внутри ↺ , °C Температура ПП на границе ↺ , °C Температура ПП снаружи ↺ , °C Температура ЦП внутри ↺ , °C Температура ЦП на границе ↺ , °C Температура ЦП снаружи ↺ , °C