Решение 5 задач. Определить коэффициент теплопередачи К от газа к воде, тепловой поток на 1 м длины трубы и температуры поверхностей трубы

Задача 1. По стальной трубе, внутренний и внешний диаметр которой соответственно  и , а коэффициент теплопроводности течет газ со средней температурой ; коэффициент теплоотдачи от газа к стенке . Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой ; коэффициент теплоотдачи от стенки к воде .

Определить коэффициент теплопередачи К от газа к воде, тепловой поток на 1 м длины трубы и температуры поверхностей трубы. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1. Определить также температуру внешней поверхности трубы и , если она покрылась слоем накипи толщиной δ = 2 мм=0,002 м, коэффициент теплопроводности которой (при = const).

Ответить на вопрос: при каких значениях , (близких к единице или гораздо больших единицы) цилиндрическую стенку для расчетов без большой погрешности можно заменить плоской стенкой?

 

Задача 2. Горячий газ, омывающий снаружи тонкую стальную трубу, имеет среднюю температуру и коэффициент теплоотдачи Труба изнутри охлаждается воздухом со средней температурой при давлении р = 0,1 МПа.

Определить скорость воздуха, обеспечивающую среднюю температуру стенки трубы не выше если внутренний диаметр трубы , толщина ее и коэффициент теплопроводности.

Ответить на вопросы: какое из частных сопротивлений (1/, δ/λ, 1/) имеет большее влияние на величину коэффициента теплопередачи К в вашем варианте задачи?

Во сколько раз (примерно) нужно изменить коэффициент теплоотдачи в вашем варианте задачи, чтобы уменьшить температуру стенки в два раза? Покажите это на графике t=f(R). Как при этом изменится тепловой поток q?

 

Задача 3. Определить потери тепла в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы , температура воздуха в помещении , а диаметр трубы d=300 мм=0,3 м. Лучистым теплообменом пренебречь.

Ответить на вопросы: какой из трех режимов течения (ламинарный, переходный, турбулентный) осуществляется в вашем варианте задачи? Как влияет диаметр трубы на коэффициент теплоотдачи а при различных режимах течения?


 

Задача 4. Определить удельный лучистый тепловой поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры и и степени черноты и , если между ними нет экрана. Определить q при наличии экрана со степенью черноты (с обеих сторон).

Ответить на вопросы: во сколько раз уменьшится тепловой поток, если принять в вашем варианте задачи   по сравнению с потоком без экрана? для случая = определите, какой экран из табл. 4 даст наихудший эффект и какой — наилучший.

 

Задача 5. Определить поверхность нагрева рекуперативного водовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях , средний коэффициент теплопередачи от воздуха к воде , начальные и конечные температуры воздуха и воды равны соответственно , , , . Определить также расход воды через теплообменник. Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обеих схем при различных соотношениях их условных эквивалентов.

Ответить на вопросы: каковы преимущества противоточной схемы теплообменника по сравнению с прямоточной? Как изменился бы коэффициент теплопередачи К, если воду заменить воздухом?