Учебная работа. Контрольная работа: Основы тепломассообмена
1. Стационарная передача через плоскую стенку
Теплота дымовых газов передаётся через стенку воде. Принимая температуру газов tж1
, воды tж2
, коэффициент теплоотдачи газами стенки α1
и от стенки воде α2
и считая стенку плоской, требуется:
1. Подсчитать термические сопротивления, коэффициенты теплопередачи и количество передаваемой теплоты от газов к воде через 1м2
стенки для следующих случаев:
а) стенка стальная совершенно чистая, толщиной δ2
(λ2
=50 Вт/(м·ºС);
б) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δ3
(λ3
=2 Вт/(м·ºС);
в) стенка стальная, со стороны газов покрыта слоем сажи толщиной δ1
=2 мм(λ1
=0,2 Вт/(м·ºС);
г) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δ3
, а со стороны газов – сажей толщиной δ1
.
2. Определить температуры всех слоев стенки для случая г.
3. Построить в масштабе линию падения температуры в стенке для случая г.
Дано: tж1
=950ºС, tж2
=210ºС, α1
=65 Вт/(м2
·ºС), α2
·10-3
=2,1 Вт/(м2
·ºС), δ2
=19 мм, δ3
=5 мм.
термическое сопротивление теплопередаче:
Коэффициенты теплопередачи
Количество передаваемой теплоты от газов к воде через 1 м2
стенки определим из уравнения теплопередачи:
температуры всех слоев стенки для случая г.
Плотность теплового потока от газов к стенке
отсюда
Плотность теплового пока через слой сажи
Отсюда
Плотность теплового потока через стальную стенку
Отсюда
Плотность теплового потока через слой накипи
Отсюда
2. Расчет тепловой изоляции
Стальная труба (λтр
) внутренним диаметром d с толщиной стенки δ1
покрыта слоем изоляции, коэффициент теплопроводности которой λиз
. По трубе протекает вода, температура которой tж1
. Коэффициент теплоотдачи воды к стенке α1
. Снаружи труба омывается свободным потоком воздуха, температура которого tж2
=20ºС; коэффициент теплоотдачи к воздуху α2
=10 Вт/(м2
·ºС);
Требуется:
1. найти толщину изоляционного материала, обеспечивающую температуру наружной поверхности изоляции 60ºС.
2. Сопоставить тепловые потоки через трубу с изоляцией и без неё при тех же tж1
, tж2
,α1
и α2
.
3. Дано: d=66 мм; tж1
=250°С; α1
10-3
=1,7 Вт/(м2
°С); λиз
=0,08 Вт/(м2
°С); λтр
=48Вт/(м2
°С).
Линейная плотность теплового потока через изолированную трубу
Линейная плотность теплового потока от изоляции к наружному воздуху
Приравниваем правые части этих уравнений и представим решение в виде
Где
Подставим
Для графического решения полученного уравнения зададимся значениями dиз, определим y и , а полученные результаты представим в таблице: dиз 0,082 dиз 1,139 0,130 0,245 0,348 0,442 0,527 0,606 0,679 y 0,925 полученные данные наносим на график и получаем Линейная плотность теплового потока через изолированную трубу Линейная плотность теплового потока неизолированного трубопровода =515,5 Следовательно, у неизолированного трубопровода потери теплоты с 1 м в 3,2 раза больше, чем у изолированного. 3. Нестационарный нагрев длинного круглого вала
Длинный стальной вал диаметром D с начальной температурой tо Определить: 1. Время τ1 2.
3. после начала нагрева. 4. Построить в масштабе график изменения температур на поверхности и оси вала в процессе нагрева. Дано: D=750 мм; tж 1. Температуру на оси и на поверхности вала при его нагреве в среде с постоянной tж По известным значениям радиуса и коэффициента α найдем значения критерия Био По номограмме F0 2. Безразмерную температуру на поверхности вала найдем из номограммы на стр. 257 τ2 0,2τ1 0,4τ1 0,6τ1 0,8τ1 τ2 0,46 0,92 1,39 1,85 Θr=R 0,3 tr=R 951 Θr=0 0,45 tr=0 752 4. сложный теплообмен
Паропровод наружным диаметром d, мм, расположен в большом помещении с температурой воздуха tж Дано: d=320 мм, tж=29 ºС, εпр=0,8, tс1=300 ºС. Решение: тепловые потери излучением: Тепловые потери конвекцией Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией используем критериальное уравнение При tж
Nuж Средний коэффициент теплоотдачи тепловые потери конвекцией Следовательно, потери теплоты излучением 4,5/1,91=2,4 раза больше, чем конвекцией.
0,092
0,102
0,112
0,122
0,132
0,142
/ d2
1,278
1,417
1,556
1,694
1,833
1,972
0,824
0,743
0,677
0,621
0,574
0,533
=20ºС помещен в печь, температура в которой tж
. Суммарный коэффициент теплоотдачи к поверхности вала α.
, необходимое для нагрева вала, если нагрев считается законченным, когда температура на оси вала tr
=0
=tж
-20ºС.
=1350°С; α=155 Вт/(м2
°С)
будем определять с помощью номограмм.
=2,3
, с
5200
10400
15600
20800
0,14
0,054
0,023
,°C
1164
1278
1319
0,2
0,08
0,035
1084
1244
1303
, ºС. температура поверхности паропровода tс1
, ºС. Определить тепловые потери с единицы длины паропровода за счет излучения и конвекции и сравнить их. Приведенная степень черноты поверхности εпр
. Температуру стен помещения принять равной температуре воздуха, т.е. tс2=
tж
.
=29ºС из таблиц находим Prж
=0,7012; λж
=2,66·10-2
Вт/(м·ºС); υж
=15,91·10-6
м2
/с.
=0,47·(·106
)0,25
=84