2.2. Задание 2
Задача 1. Плоская стенка толщиной δст, омывается с одной стороны горячими газами с температурой tг, а с другой стороны водой с температурой tв. Определить коэффициент теплоотдачи от газов к воде и плотность теплового потока через стенку для двух случаев:
1. Для чистой стенки.
2. Для стенки, загрязненной сажей или накипью.
Рассчитать температуры поверхности металлической стенки и поверхности загрязнения для обоих случаев.
Исходные данные |
Группа |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
Материал стенки |
1,2 3,4 |
Бронза Латунь |
Сталь Медь |
Алюминий Чугун |
|||||||
δст, мм |
1 2 3 4 |
2 3 4 5 |
6 7 8 9 |
10 11 12 13 |
14 15 16 17 |
18 19 20 2 |
3 4 5 6 |
7 8 9 10 |
11 12 13 14 |
15 16 17 18 |
19 20 2 5 |
Загрязнение: сажа (с), накипь (н) |
1 2 3 4 |
С Н С Н |
Н С Н С |
С Н С Н |
Н С Н С |
С Н С Н |
Н С Н С |
С Н С Н |
Н С Н С |
С Н С Н |
Н С Н С |
δз, мм |
1 2 3 4 |
1,5 2,5 3,5 4,5 |
1 2 3 4 |
5,5 6,5 7,5 8,5 |
1,5 2,5 3,5 4,5 |
1 2 3 4 |
5,5 6,5 7,5 8,5 |
1,5 2,5 3,5 4,5 |
1 2 3 4 |
5,5 6,5 7,5 8,5 |
1 2 3 4 |
tг, ºС |
1 2 3 4 |
950 900 850 800 |
750 700 650 600 |
550 500 450 400 |
350 300 250 200 |
950 900 850 800 |
750 700 650 600 |
550 500 450 400 |
350 300 250 200 |
950 900 850 800 |
750 700 650 600 |
Окончание табл. к задаче 1
Исходные данные |
Группа |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
tв, ºС |
1 2 3 4 |
100 98 96 94 |
92 90 88 86 |
84 82 80 78 |
76 74 72 70 |
68 66 64 62 |
60 58 56 54 |
52 50 48 46 |
44 42 40 38 |
36 34 32 30 |
28 26 24 22 |
αг, Вт/(м2К) |
1 2 3 4 |
20 40 30 50 |
25 45 35 55 |
54 44 34 24 |
48 38 28 18 |
22 32 42 52 |
24 34 44 54 |
50 40 30 20 |
45 35 25 15 |
18 28 38 48 |
52 42 32 22 |
Исходные данные |
Группа |
Варианты |
||||
1,2 |
3,4 |
5,6 |
7,8 |
9,0 |
||
αв, Вт/(м2К) |
1 2 3 4 |
2500 3000 3500 4000 |
5000 4800 4600 4400 |
2000 2200 2400 2600 |
3800 3600 3400 3200 |
4500 3500 2800 4200 |
Указания. Для решения задачи необходимо знание разделов «Теплопроводность. Распространение теплоты теплопроводностью в плоской стенке». «Теплопередача через плоские стенки».
Пример решения типовой задачи приведен в [8].
Задача 2. Определить коэффициент теплоотдачи от газа, текущего внутри канала со скоростью ω к стенке канала, указанного на рисунке сечения, если средняя температура газа равна tг, а температура стенки tст. Задачу иллюстрировать соответствующей схемой.
|
|
|
|
|
|
Формы сечения каналов
Схема по рисунку |
Группа |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
1 2 3 4 |
A B C D |
E F A B |
C D E F |
B C D E |
F A B C |
D E F A |
B C D E |
A B C D |
E F A B |
C D E F |
|
а, мм |
1 2 3 4 |
– – 100 110 |
120 130 – – |
140 150 160 170 |
– 180 190 200 |
100 – – 110 |
120 130 140 – |
– 150 160 170 |
– – 180 190 |
200 100 – – |
110 120 130 140 |
в, мм
|
1 2 3 4 |
– – 30 40 |
50 60 – – |
70 80 90 100 |
– 80 90 100 |
50 – – 60 |
70 80 90 – |
– 50 60 70 |
– – 90 100 |
110 40 – – |
60 70 80 90 |
d, мм |
1 2 3 4 |
80 90 – – |
– – 100 110 |
– – – – |
120 – – – |
– 130 140 – |
– – – 150 |
160 – – – |
170 180 – – |
– – 190 200 |
– – – – |
Длина канала, м |
1 2 3 4 |
0,5 0,6 0,7 0,8 |
0,9 1,0 1,1 1,2 |
1,3 1,4 1,5 1,6 |
1,7 1,8 1,9 2,0 |
2,1 2,2 2,3 2,4 |
2,5 0,5 0,6 0,7 |
0,9 1,0 1,1 1,2 |
1,3 1,4 1,5 1,6 |
1,7 1,8 1,9 2,0 |
2,1 2,2 2,3 2,4 |
Газ |
1,2 3,4 |
Воздух Дымовые газы |
Дымовые газы Воздух |
||||||||
ω, м/с |
1 2 3 4 |
25 5 25 10 |
3 13 23 4 |
10 20 6 24 |
18 5 12 9 |
7 14 15 5 |
22 3 5 18 |
12 24 20 10 |
14 4 11 20 |
22 15 3 25 |
5 23 15 6 |
tг, ºС |
1 2 3 4 |
200 700 300 600 |
650 150 550 250 |
350 600 400 550 |
800 200 750 150 |
250 500 200 850 |
900 250 850 200 |
300 800 250 700 |
600 200 500 300 |
150 750 350 650 |
700 300 800 350 |
tст, ºС |
1 2 3 4 |
30 40 50 60 |
70 80 90 100 |
110 120 130 140 |
150 35 200 25 |
45 160 55 170 |
180 65 190 75 |
40 200 30 120 |
130 60 100 80 |
35 125 65 115 |
105 50 125 70 |
Указания. Для решения задачи необходимо изучить раздел «Конвективный теплообмен», освоить использование уравнений подобия для расчета этого вида теплообмена. На приведенных в условии данной задачи схемах заштрихована изолированная часть канала.
Расчетную формулу для определения числа Нуссельта выбирают в зависимости от режима движения газа. Физические параметры газа принимают по его средней температуре.
Пример решения типовой задачи приведен в [8].
Задача 3. Определить коэффициент теплоотдачи между потоком газа и стенками труб, если пучок из n рядов труб с наружным диаметром dн (мм) омывается поперечным потокам газа с расчетной скоростью (в узком сечении) w (м/с) при температуре газа tпот (ºС) и температуре стенки tст (ºС). Задачу решить в двух вариантах: при коридорном и шахматном расположении труб; привести схемы обоих пучков. Сравнить эффективность пучков.
Представить
графические изменения коэффициента
теплоотдачи при изменении скорости или
диаметра трубы по сравнению с заданными
значениями, т.е. построить графики
или
.
Исходные данные |
Группа |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
Газ |
1 2 3 4 |
Воздух Дымовые газы Воздух Дымовые газы |
Дымовые газы Воздух Дымовые газы Воздух |
||||||||
w, м/с |
1 2 3 4 |
2 3 4 5 |
6 7 8 9 |
10 11 12 13 |
14 15 16 17 |
18 19 20 21 |
2 3 4 5 |
6 7 8 9 |
10 11 12 13 |
14 15 16 17 |
18 19 20 21 |
tпот, ºC |
1 2 3 4 |
80 90 100 110 |
120 130 140 150 |
160 170 180 190 |
200 210 220 230 |
240 250 260 270 |
280 290 300 310 |
320 330 340 350 |
360 370 380 390 |
400 410 420 430 |
440 450 460 470 |
n |
1 2 3 4 |
6 7 8 9 |
9 8 7 6 |
10 11 12 13 |
13 12 11 10 |
6 7 8 9 |
9 8 7 6 |
10 11 12 13 |
13 12 11 10 |
6 7 8 9 |
9 8 7 6 |
dн, мм |
1 2 3 4 |
38 42 50 60 |
57 63 70 76 |
42 60 40 45 |
76 70 63 57 |
60 50 42 38 |
45 40 60 42 |
38 42 50 60 |
57 63 70 76 |
42 60 40 45 |
76 70 63 57 |
tст, ºС |
1 2 3 4 |
140 150 160 170 |
170 160 150 140 |
180 190 200 210 |
210 200 190 180 |
220 230 240 250 |
250 240 230 220 |
260 270 280 290 |
290 280 270 260 |
180 190 200 210 |
220 230 240 250 |
Окончание табл. к задаче 3
Исходные данные |
Группа |
Варианты |
||||
1,2 |
3,4 |
5,6 |
7,8 |
9,0 |
||
Пост-роить график |
1 2 3 4 |
|
|
|
|
|
Указания. Необходимый объем знаний тот же, что и для предыдущей задачи. Решение этой задачи имеет целью установить влияние формы пучка труб и скорости потока (или диаметра труб) на величину коэффициента теплоотдачи.
При
пересчете
на
(средний коэффициент теплоотдачи для
всего пучка) поверхности труб во всех
рядах пучка следует принимать одинаковыми.
Пример решения типовой задачи приведен в [8].
Задача
4. Определить
коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием
от дымовых газов к стальным стенкам
газохода, форма сечения которого указана
на рисунке. Известно, что температура
газа при входе в газоход и выходе их
него соответственно равна t1
и t
(ºC),
температура стенки газохода tст
(ºС), парциальное
давление газов Рсо2
(кПа) и
водяных паров Рн2о
(кПа). Привести
схему газохода.
|
|
|
Схемы газоходов
Исходные данные |
Группа |
Варианты |
||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|||
Схема по рисунку |
1 2 3 4 |
С А В А |
В С А В |
А В С С |
А С В А |
В А А С |
С В А В |
С С А В |
В В С А |
А А С В |
А В В А |
|
Размеры газохода, м |
dв |
1 2 3 4 |
– 0,60 0,65 0,70 |
0,75 – 0,85 0,90 |
0,95 1,00 1,00 0,95 |
0,80 0,75 0,70 0,65 |
0,60 0,55 0,55 0,60 |
0,65 0,70 0,75 0,80 |
0,85 0,90 0,95 1,00 |
1,00 0,95 0,90 0,85 |
0,80 0,75 0,70 0,65 |
0,60 0,55 0,65 0,70 |
S1 |
1 2 3 4 |
0,12 – – – |
– 0,13 – – |
– – 0,14 0,15 |
– 0,16 – – |
– – – 0,17 |
0,16 – – – |
0,15 0,14 – – |
– – 0,13 – |
– – 0,12 – |
– – – – |
|
S2 |
1 2 3 4 |
0,09 – – – |
– 0,10 – – |
– – 0,11 0,12 |
– 0,13 – – |
– – – 0,14 |
0,13 – – – |
0,12 0,11 – – |
– – 0,10 – |
– – 0,09 – |
– – – – |
|
dн |
1 2 3 4 |
0,04 – – – |
– 0,05 – – |
– – 0,06 0,07 |
– 0,07 – – |
– – – 0,06 |
0,07 – – – |
0,06 0,05 – – |
– – 0,04 – |
– – 0,04 – |
– – – – |
|
ºC |
1 2 3 4 |
600 650 700 750 |
610 660 710 760 |
620 670 720 770 |
630 680 730 780 |
640 690 740 790 |
800 850 900 950 |
810 860 910 960 |
820 870 920 970 |
830 880 930 980 |
840 890 940 990 |
|
ºC |
1 2 3 4 |
440 490 540 590 |
430 480 530 580 |
420 470 520 570 |
410 460 510 560 |
400 450 500 550 |
600 650 700 750 |
610 660 710 760 |
620 670 720 770 |
630 680 730 780 |
640 690 740 790 |
|
ºC |
1 2 3 4 |
250 260 270 280 |
290 300 310 320 |
330 340 350 360 |
370 380 390 400 |
250 260 270 280 |
290 300 310 320 |
330 340 350 360 |
370 380 390 400 |
330 340 350 360 |
370 380 390 400 |
|
кПа |
1 2 3 4 |
12 13 14 15 |
16 17 18 19 |
19 18 17 16 |
15 14 13 12 |
12 13 14 15 |
16 17 18 19 |
19 18 17 16 |
15 14 13 12 |
16 17 18 19 |
19 18 17 16 |
|
кПа |
1 2 3 4 |
8 9 10 11 |
12 13 14 15 |
15 14 13 12 |
11 10 9 8 |
11 10 9 8 |
15 14 13 12 |
12 13 14 15 |
8 9 10 11 |
8 9 10 11 |
15 14 13 12 |
|
Указания. Для решения задачи следует изучить материал раздела «Лучистый теплообмен» и подробно разобраться с такими понятиями, как степень черноты излучающих тел, приведенная длина луча и эффективная толщина излучающего слоя.
Приведенную длину определяют с помощью формул, вид которых зависит от формы газохода. При выполнении технических расчетов излучением двухатомных газов, входящих в состав дымовых газов, обычно пренебрегают, а из трехатомных учитывают способность поглощать и излучать лучистую энергию только СО2 и Н2О.
Пример решения типовой задачи приведен в [8].