Теплотехника. Часть2. Теория тепло и массообмена.
Задание № 1. Теплопроводность в многослойной плоской стенке
Задание № 2. Конвективный теплообмен
Задание № 3. Теплообмен излучением
Справочные таблицы
Задание № 1. Теплопроводность в многослойной плоской стенке. Теплота газообразный продуктов горения топлива передается через стенку котла кипящей воде.
На поверхности стенки заданы граничных условия третьего рода.
Температура газов =…[C] (графа 1); температура воды =…[C] (графа 2); коэффициент теплоотдачи от газов к стенке =…[Вт/(м2•К)] (графа 3); коэффициент теплоотдачи от стенке к воде =…[Вт/(м2•К)] (графа 4).
Требуется определить термические сопротивления =…[(м2•К)/Вт], коэффициенты теплопередачи , [Вт/(м2•К)] и количество теплоты , [Дж], передаваемое от газов к воде через 1 м2 поверхности стенки в секунду для следующих случаев:
а) стенка стальная, совершенно чистая, толщина =…[мм] (графа 6); Вт/(м•К);
б) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной =…[мм] (графа 7); Вт/(м•К);
в) случай (б), дополнительное условие: на поверхности накипи имеется слой масла толщиной =…[мм] (графа 8); Вт/(м•К);
г) случай (в), дополнительное условие: со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной =…[мм] (графа 5); Вт/(м•К).
Приняв количество теплоты для случая а) за 100%, определить в процентах количество теплоты для всех остальных слоев. Определить температуру =…[C], всех слоев стенки для случая г).
Варианты заданий № 1
|
№ задачи |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
tf1,[°C] |
tf2,[°C] |
α1,[Вт/(м2·К)] |
α2,[Вт/(м2·К)] |
δ1, мм |
δ2, мм |
δ3, мм |
δ4, мм |
|
|
1200 |
220 |
160 |
3500 |
1 |
16 |
10 |
1 |
|
|
1100 |
200 |
150 |
3000 |
2 |
14 |
5 |
0.5 |
|
|
1000 |
180 |
140 |
2500 |
1 |
12 |
4 |
1 |
|
|
900 |
160 |
130 |
2000 |
2 |
10 |
3 |
0.5 |
|
|
800 |
140 |
120 |
1500 |
1 |
8 |
2 |
1 |
|
|
850 |
150 |
60 |
1000 |
2 |
12 |
10 |
0.5 |
|
|
950 |
160 |
70 |
2000 |
1 |
14 |
9 |
1 |
|
|
1050 |
170 |
80 |
3000 |
2 |
16 |
8 |
0.5 |
|
|
1150 |
180 |
90 |
4000 |
1 |
18 |
7 |
1 |
|
|
1250 |
190 |
100 |
5000 |
2 |
20 |
6 |
0.5 |
|
|
900 |
225 |
50 |
1000 |
1 |
14 |
7 |
1 |
|
|
800 |
200 |
40 |
980 |
2 |
13 |
6 |
0.5 |
|
|
700 |
175 |
30 |
960 |
1 |
12 |
5 |
1 |
|
|
600 |
150 |
20 |
940 |
2 |
11 |
4 |
0.5 |
|
|
500 |
125 |
10 |
920 |
1 |
10 |
3 |
1 |
|
|
575 |
110 |
55 |
2200 |
2 |
22 |
8 |
0.5 |
|
|
675 |
120 |
50 |
2100 |
1 |
24 |
7 |
1 |
|
|
775 |
130 |
45 |
2000 |
2 |
26 |
6 |
1 |
|
|
875 |
140 |
40 |
1900 |
1 |
23 |
5 |
0.5 |
|
|
975 |
150 |
35 |
1800 |
2 |
30 |
4 |
1 |
|
|
1000 |
100 |
40 |
3000 |
1 |
10 |
2 |
0.5 |
|
|
900 |
125 |
50 |
4000 |
2 |
12 |
3 |
1 |
|
|
1050 |
135 |
60 |
3500 |
1 |
14 |
5 |
0.5 |
|
|
950 |
150 |
45 |
4500 |
2 |
16 |
6 |
1 |
|
|
800 |
200 |
55 |
2000 |
0,5 |
18 |
7 |
0.5 |
|
|
850 |
210 |
65 |
2100 |
1 |
20 |
5 |
1 |
|
|
975 |
175 |
42 |
3100 |
2 |
22 |
8 |
0,5 |
|
|
400 |
100 |
15 |
1000 |
0,5 |
10 |
5 |
1 |
|
|
500 |
120 |
20 |
1250 |
1 |
12 |
8 |
0,5 |
|
|
600 |
140 |
25 |
1500 |
1,5 |
15 |
4 |
1 |
Задание № 2. Конвективный теплообмен
В теплообменнике типа «труба в трубе» (см. рис. ) необходимо нагреть воздух с массовым расходом m2=…[кг/c] от температуры =…[C] до температуры =…[C].
Теплота передается от дымовых газов с начальной температурой =…[C] и конечной =…[C].
Дымовые газы движутся по внутренней стальной трубе диаметром мм.
Воздух движется по кольцевому зазору противотоком к дымовым газам.
Внутренний диаметр внешней трубы d3 = 504 мм.
Определить площадь теплообмена A, длину теплообменной поверхности l и суммарную мощность N, необходимую на преодоление гидравлического сопротивления при движении теплоносителей по каналам теплообменника.
Варианты заданий № 2
|
№ задачи |
t`1,[°C] |
t``1,[°C] |
t`2,[°C] |
t``2,[°C] |
m2,[кг/c] |
|
600 |
400 |
30 |
250 |
0,95 |
|
|
550 |
300 |
20 |
120 |
0,9 |
|
|
650 |
350 |
25 |
200 |
1,2 |
|
|
1000 |
550 |
35 |
180 |
0,75 |
|
|
1200 |
600 |
32 |
150 |
0,8 |
|
|
950 |
250 |
23 |
130 |
0,92 |
|
|
650 |
450 |
31 |
200 |
1,5 |
|
|
550 |
350 |
28 |
160 |
1,4 |
|
|
850 |
150 |
25 |
140 |
1,0 |
|
|
1200 |
200 |
30 |
100 |
1,3 |
|
|
1100 |
300 |
22 |
60 |
0,75 |
|
|
900 |
300 |
18 |
80 |
0,85 |
|
|
750 |
250 |
24 |
90 |
0,7 |
|
|
850 |
450 |
25 |
50 |
1,25 |
|
|
1200 |
600 |
35 |
70 |
1,5 |
|
|
950 |
250 |
32 |
85 |
1,2 |
|
|
650 |
450 |
23 |
200 |
0,75 |
|
|
550 |
350 |
31 |
180 |
0,8 |
|
|
850 |
150 |
28 |
170 |
0,92 |
|
|
1200 |
200 |
25 |
150 |
1,5 |
|
|
1100 |
300 |
30 |
140 |
1,4 |
|
|
900 |
300 |
31 |
150 |
1,0 |
|
|
750 |
250 |
28 |
130 |
1,3 |
|
|
850 |
450 |
25 |
200 |
0,75 |
|
|
1200 |
600 |
30 |
160 |
0,75 |
|
|
950 |
250 |
22 |
140 |
0,85 |
|
|
650 |
450 |
18 |
100 |
0,7 |
|
|
550 |
350 |
24 |
60 |
1,25 |
|
|
600 |
250 |
25 |
80 |
1,5 |
|
|
700 |
350 |
23 |
90 |
1,2 |
Задание № 3. Теплообмен излучением
Стенка трубопровода диаметром d = …[мм] нагрета до температуры t1=…[°С] и имеет коэффициент теплового излучения .
Трубопровод помещен в канал сечением b х h [мм], поверхность которого имеет температуру t2=…[°С] и коэффициент лучеиспускания c2 =… [Вт/(м2•K4)].
Рассчитать приведенный коэффициент лучеиспускания и потери теплоты Q трубопроводом за счет лучистого теплообмена.
|
№ задачи |
d,[мм] |
t1, [°С] |
t2, [°С] |
c2,[Вт/(м2·K4)]. |
b х h, [мм] |
Материал трубы |
|
400 |
527 |
127 |
5,22 |
600х800 |
сталь окисленная |
|
|
350 |
560 |
120 |
4,75 |
480х580 |
алюминий шероховатый |
|
|
300 |
520 |
150 |
3,75 |
360х500 |
бетон |
|
|
420 |
423 |
130 |
5,25 |
400х600 |
железо литое |
|
|
380 |
637 |
200 |
3,65 |
550х500 |
латунь окисленная |
|
|
360 |
325 |
125 |
4,50 |
500х700 |
медь окисленная |
|
|
410 |
420 |
120 |
5,35 |
650х850 |
сталь полированная |
|
|
400 |
350 |
150 |
5,00 |
450х650 |
алюминий окисленный |
|
|
450 |
587 |
110 |
5,30 |
680х580 |
латунь полированная |
|
|
460 |
547 |
105 |
5,35 |
480х600 |
медь полированная |
|
|
350 |
523 |
103 |
5,20 |
620х820 |
сталь шероховатая |
|
|
370 |
557 |
125 |
5,10 |
650х850 |
чугун обточенный |
|
|
360 |
560 |
130 |
4,95 |
630х830 |
алюминий полированный |
Физические свойства воздуха
|
t, °C |
ρ , кг/м3 |
Ср, Дж/(кг·K) |
λ, [Вт/(м·К)] |
v, м2/с |
Pr |
|
20 |
1,205 |
1009 |
0,0259 |
15,06 |
0,703 |
|
30 |
1,165 |
1009 |
0,0267 |
16,00 |
0,701 |
|
40 |
1,128 |
1005 |
0,0276 |
16,96 |
0,699 |
|
50 |
1,093 |
1005 |
0,0283 |
17,95 |
0,698 |
|
60 |
1,060 |
1005 |
0,0290 |
18,97 |
0,696 |
|
70 |
1,029 |
1009 |
0,0296 |
20,02 |
0,694 |
|
80 |
1,000 |
1009 |
0,0305 |
21,09 |
0692 |
|
90 |
0,972 |
1009 |
0,0313 |
22,10 |
0,690 |
|
100 |
0,946 |
1009 |
0,0321 |
23,13 |
0,688 |
|
120 |
0,898 |
1009 |
0,0334 |
25,45 |
0,686 |
|
140 |
0,854 |
1013 |
0,0350 |
27,80 |
0,684 |
|
160 |
0,815 |
1017 |
0,0364 |
30,09 |
0,682 |
|
180 |
0,779 |
1022 |
0,0378 |
32,49 |
0,681 |
|
200 |
0,746 |
1026 |
0,0393 |
34,85 |
0,680 |
Физические свойства дымовых газов
|
t, °C |
ρ, кг/м3 |
Ср, Дж/(кг·K) |
λ, [Вт/(м·К)] |
v, м2/с |
Pr |
|
100 |
0,950 |
1068 |
0,0313 |
21,54 |
0,690 |
|
200 |
0,748 |
1097 |
0,0401 |
32,80 |
0,670 |
|
300 |
0,617 |
1122 |
0,0484 |
45,81 |
0,650 |
|
400 |
0,525 |
1151 |
0,0570 |
60,38 |
0,640 |
|
500 |
0,457 |
1185 |
0,0656 |
76,30 |
0,630 |
|
600 |
0,505 |
1214 |
0,0742 |
93,61 |
0,620 |
|
700 |
0,363 |
1239 |
0,0827 |
112,1 |
0,610 |
|
800 |
0,330 |
1264 |
0,0915 |
131,8 |
0,600 |
|
900 |
0,301 |
1290 |
0,0100 |
152,5 |
0,590 |
|
1000 |
0,275 |
1306 |
0,0109 |
174,3 |
0,580 |
|
1100 |
0,257 |
1323 |
0,01175 |
197,1 |
0,570 |
|
1200 |
0,240 |
1340 |
0,01262 |
221,0 |
0,560 |
Интегральный коэффициент теплового излучения материалов
|
Материал |
|
|
Алюминий |
|
|
шероховатый |
0,055 |
|
окисленный |
0,15 |
|
полированный |
0,048 |
|
Бетон |
0,80 |
|
Железо литое необработанное |
0,91 |
|
Латунь |
|
|
окисленная |
0,60 |
|
полированная |
0,03 |
|
прокатанная |
0,20 |
|
Медь |
|
|
окисленная |
0,62 |
|
полированная |
0,02 |
|
Сталь |
|
|
окисленная |
0,80 |
|
шероховатая |
0,95 |
|
полированная |
0,54 |
|
Чугун |
|
|
обточенный |
0,65 |
|
окисленный, шероховатый |
0,96 |
