Учебная работа. Контрольная работа: Основы тепломассообмена

(Пока оценок нет)

Загрузка...

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
0,092
0,102
0,112
0,122
0,132
0,142

dиз
/ d2

1,139
1,278
1,417
1,556
1,694
1,833
1,972

0,130

0,245

0,348

0,442

0,527

0,606

0,679

0,925
0,824
0,743
0,677
0,621
0,574
0,533

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
=20ºС помещен в печь, температура в которой tж
. Суммарный коэффициент теплоотдачи к поверхности вала α.

Определить:

1. Время τ1
, необходимое для нагрева вала, если нагрев считается законченным, когда температура на оси вала tr
=0
=tж
-20ºС.

3. после начала нагрева.

4. Построить в масштабе график изменения температур на поверхности и оси вала в процессе нагрева.

Дано: D=750 мм; tж
=1350°С; α=155 Вт/(м2
°С)

1. Температуру на оси и на поверхности вала при его нагреве в среде с постоянной tж
будем определять с помощью номограмм.

По известным значениям радиуса и коэффициента α найдем значения критерия Био

По номограмме F0
=2,3

2. Безразмерную температуру на поверхности вала найдем из номограммы на стр. 257

τ2

0,2τ1

0,4τ1

0,6τ1

0,8τ1

τ2
, с
5200
10400
15600
20800

0,46

0,92

1,39

1,85

Θr=R

0,3
0,14
0,054
0,023

tr=R
,°C

951
1164
1278
1319

Θr=0

0,45
0,2
0,08
0,035

tr=0

752
1084
1244
1303

4. сложный теплообмен

Паропровод наружным диаметром d, мм, расположен в большом помещении с температурой воздуха tж
, 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
.

Дано: d=320 мм, tж=29 ºС, εпр=0,8, tс1=300 ºС.

Решение:

тепловые потери излучением: