Задача № 1.2
Определить линейную плотность теплового потока для трубки паропровода, материал паропровода сталь (т = 40 Вт/(мК)), если внутренний диаметр паропровода dвн, мм, наружный — dнар, мм. Наружная сторона трубки омывается дымовыми газами с температурой tж1, оС, а внутри трубок движется вода с температурой tж2, оС. Снаружи трубка покрыта слоем сажи (с = 0,07 Вт/(мК)) толщиной 1,5 мм, а с внутренней стороны — слоем накипи (н = 0,15 Вт/(мК)) толщиной 2,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки 1, Вт/(м2К), а со стороны воды 2, Вт/(м2К).
Определить также температуры на поверхностях трубки, сажи и накипи. Как изменится линейная плотность теплового потока для "чистой" трубки (без сажи и накипи) при прочих неизменных условиях.
Изобразить график изменения температуры по толщине слоев стенки трубки, сажи и накипи и в пограничных слоях (график выполнить в масштабе).
Исходные данные принять по табл. 1.3 в соответствии с Вашим вариантом задания (см. табл. В.1 раздела "Общие методические указания").
Таблица 1.3. Варианты к задаче 1.2
Исходные данные |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
dвн, мм |
30 |
36 |
42 |
32 |
38 |
44 |
34 |
40 |
46 |
35 |
dнар, мм |
36 |
44 |
51 |
38 |
46 |
54 |
40 |
48 |
55 |
42 |
tж1, оС |
800 |
920 |
1000 |
830 |
950 |
1030 |
960 |
970 |
1060 |
900 |
tж2, оС |
150 |
240 |
300 |
170 |
260 |
320 |
200 |
280 |
250 |
220 |
1, Вт/(м2К) |
100 |
220 |
320 |
120 |
250 |
350 |
150 |
300 |
400 |
200 |
2, Вт/(м2К) |
9000 |
2500 |
4000 |
1000 |
3000 |
5000 |
1500 |
3500 |
6000 |
2000 |
Рис. 1.2
Расположение слоев цилиндрической стенки показано на рис. 1.2.
Результаты расчета необходимо занести в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Результаты расчетов
Вариант |
ql, Вт/м |
tc1, оС |
tc2, оС |
tc3, оС |
tc4, оС |
ql', Вт/м |
|
|
|
|
|
|
|
ql' – линейная плотность теплового потока "чистой" трубки (без сажи и накипи).
Задача 1.3
В промышленную печь с температурой газов tж помещен длинный стальной вал диаметром d (условно принять цилиндр). Определить температуру в центре и на поверхности цилиндра через время после погружения в горячую среду (газ) либо время нагрева до заданной температуры в центре или на поверхности цилиндра (согласно своего варианта), если диаметр цилиндра во много раз меньше его длины. Найти также среднюю по массе температуру цилиндра.
Исходные данные принять по табл. 1.5 в соответствии с Вашим вариантом задания (см. табл. В.1 раздела "Общие методические указания").
Таблица 1.5. Варианты к задаче 1.3
Наименование |
Варианты задач |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Диаметр цилиндра мм |
60 |
100 |
70 |
90 |
80 |
20 |
36 |
24 |
32 |
28 |
Материал пластины |
Сталь |
Огнеупор |
||||||||
Коэффициент теплопроводности материала цилиндра , Вт/(мК) |
20 |
40 |
25 |
35 |
30 |
1 |
1,8 |
1,2 |
1,6 |
1,4 |
Удельная теплоемкость ср, Дж/(кгК) |
270 |
520 |
330 |
450 |
390 |
910 |
1200 |
1000 |
1140 |
1080 |
Плотность , кг/м3
|
7500 |
7700 |
7550 |
7650 |
7600 |
1100 |
1500 |
1200 |
1400 |
1300 |
Продолжение табл. 1.5
|
||||||||||
Одинаковая по толщине начальная температура цилиндра tо, оС |
10 |
30 |
15 |
25 |
20 |
10 |
30 |
15 |
25 |
20 |
Температура среды газов (поддерживается постоянной) tж, оС |
100 |
120 |
105 |
115 |
110 |
1000 |
1200 |
1050 |
1150 |
1100 |
Коэффициент теплоотдачи от среды к цилиндру a, Вт/(м2×К) |
350 |
150 |
300 |
200 |
250 |
26 |
33 |
27 |
30 |
28 |
Длительность нагрева , мин |
10 |
— |
15 |
— |
20 |
— |
30 |
— |
25 |
— |
Температура в конце нагрева: — на поверхности цилиндра tw, оС; — в средней плоскости цилиндра tс, оС |
—
— |
89
— |
—
— |
—
90 |
—
— |
783
— |
—
— |
—
887 |
—
— |
993
— |
Задача 1.4
Определить тепловой поток, характеризующий конвективную теплоотдачу к струе жидкости, протекающей по каналу длиной 3 м. Обосновать выбор расчетного уравнения, применяемого при решении задачи.
Исходные данные принять по табл. 1.6 в соответствии с Вашим вариантом задания (см. табл. В.1 раздела "Общие методические указания").
Таблица 1.6. Варианты к задаче 1.4
Наименование |
Варианты задач |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Температура стенки трубы, оС |
– 5 |
15 |
30 |
120 |
90 |
– 5 |
15 |
60 |
85 |
45 |
Средняя температура жидкости, оС |
0 |
10 |
20 |
30 |
30 |
20 |
10 |
10 |
90 |
50 |
Род жидкости |
Воздух |
Вода |
Вода |
Воздух |
Воздух |
Воздух |
Вода |
Воздух |
Вода |
Вода |
Средняя скорость потока, м/с
|
10 |
3,9 |
5 |
6 |
4 |
2,25 |
2,8 |
1,9 |
0,55 |
1,2 |
Продолжение табл. 1.6 |
||||||||||
|
a = 30 b = 40 |
d = 35 |
a = 35 b = 45 |
d = 40 |
a = 30 b = 40 |
d = 75 |
a = 70 b = 80 |
d = 80 |
a = 75 b = 85 |
d = 85 |
Размер
канала, мм