4. Задачі до розділу I для самостійного розв’язання

4.1. Визначити приведений коефіцієнт тепловіддачі для 20- рядного шахового пучка труб із круглими ребрами товщиною мм, висотою мм і кроком мм. Труби зовнішнім діаметром мм розташовані в пучку з кроками мм і мм. Пучок обмивається в поперечному напрямку повітрям, що нагрівається від до , швидкість у вузькому перерізі пучка м/с. Матеріал труб – латунь.

4.2. Повітроохолоджувач у вигляді коридорного пучка труб обдувається поперечним потоком повітря із середньою температурою ⁰С. Витрата повітря м³/с. Труби виготовлені з алюмінію, діаметр їх мм, довжина м., розташовані з кроком мм. Труби обладнані круглими ребрами діаметром мм, товщиною мм, крок ребер мм. У трубах протікає рідина із середньою температурою ⁰С. Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до рідини Вт/(м²К). Визначити тепловий потік, переданий від повітря до рідини, якщо фронтальний переріз теплообмінника м², а кількість труб – 200 шт.

4.3. У секційному теплообміннику типу «труба в трубі» гаряча трансформаторна олія охолоджується водою. Трансформаторна олія рухається по внутрішній латунній трубі діаметром мм зі швидкістю м/с. Температура олії на вході . Вода рухається по кільцевому зазору протитечією стосовно олії із середньою швидкістю м/с, її температура на вході . Внутрішній діаметр зовнішньої труби мм. Визначити загальну довжину теплообмінника, при якій температура олії на виході складе . Втратами теплоти через зовнішню поверхню теплообмінника знехтувати. Задачу розв’язати з урахуванням зміни коефіцієнтів тепловіддачі теплоносіїв у залежності від їхньої температури.

4.4. Визначити поверхню теплообміну рекуперативного повітропідігрівника при прямоточному і протиточному русі теплоносіїв. Теплоносієм, що гріє, є газ з початковою температурою 550 ⁰С и кінцевою 250 ⁰С. Необхідно нагріти 1,4 м³/с повітря (об’єм при нормальних фізичних умовах) від 20 до180 ⁰С. Прийняти коефіцієнт теплопередачі рівним 40 Вт/(м² К). Задачу розв’язати методом ефективності.

4.5. На поверхні труби зовнішнім діаметром мм і довжиною м кипить вода під тиском Па. Труба з внутрішньої сторони обігрівається електронагрівником, потужністю кВт. Визначити температуру зовнішньої поверхні труби.

4.6. У трубі внутрішнім діаметром мм рухається кипляча вода зі швидкістю м/с. Вода знаходиться під тиском Па. Визначити значення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до киплячої води, якщо температура внутрішньої поверхні труби ⁰С.

4.7. У теплообміннику на поверхні труб діаметром мм конденсується водяна пара з температурою ⁰С, у трубах кипить вода при температурі ⁰С. Визначити середню температуру стінки труб.

4.8. У круглих каналах атомного реактора внутрішнім діаметром мм протікає метал (вісмут) зі швидкістю м/с. Середня температура потоку металу складає ⁰С. Знайти середній коефіцієнт тепловіддачі.

4.9. По трубі діаметром мм і довжиною мм рухається ртуть зі швидкістю м/с при середній температурі ⁰С. Знайти тепловий потік і коефіцієнт тепловіддачі від ртуті до стінки труби, що має середню температуру ⁰С.

4.10. У теплообмінному апараті по трубі з зовнішнім діаметром мм протікає олово, що має середню температуру ⁰С. Товщина стінок труби мм., довжина труби м., масова витрата олова кг/с. Знайти коефіцієнт тепловіддачі і тепловий потік від олова до стінки, якщо температура стінки ⁰С.

4.11. Визначити поверхню теплообміну і витрату охолоджуючої води для вертикального пароводяного трубчастого апарата, призначеного для конденсації кг/с сухої насиченої водяної пари при тиску кПа. Вода тече усередині сталевих труб діаметром мм, висотою м зі швидкістю м/с. Температура води на вході в апарат , на виході .

4.12. Водонагрівач-акумулятор з паровим обігрівом служить для нагрівання води впродовж 30 хв. від ⁰С до ⁰С. Витрата пари –0,5 кг/c, , її тиск на вході - МПа. Пара протікає по горизонтальним мідним трубам діаметром мм. Об’єм бака, у якому знаходиться вода, що нагрівається, і теплообмінник, складає 0,3 м³. Визначити необхідну поверхню теплообміну.

4.13. Нагрівання води здійснюється в акумуляторі за рахунок теплоти водяної пари, що конденсується. Пара протікає в трубах, установлених вертикально, діаметр труб мм, довжина кожної труби м, кількість труб шт. Вода нагрівається у баку об'ємом 0,6 м³ від ⁰С до ⁰С. Температура пари ⁰С, її витрата кг/с. Визначити час нагрівання.

4.14. Вонанагрівач-акумулятор з водяним обігрівом служить для нагрівання води об'ємом 0,6 м³ впродовж 15 хв. від ⁰С К ⁰С. Витрата води, що гріє -0,9 кг/с, температура на вході 0С. Вода, що гріє, протікає по горизонтальних трубах мм, матеріал труб - сталь-45. Визначити необхідну поверхню теплообміну і кількість теплоти, необхідну для нагрівання води до кінцевої температури.

4.15. Визначити час, необхідний для нагрівання води масою кг від ⁰С до ⁰С. Нагрівання здійснюється у баку-акумуляторі водою, що рухається в алюмінієвих трубах діаметром мм. Швидкість руху води, що гріє, м/с, її температура на вході ⁰С. Площа теплообмінної поверхні м².

4.16. Визначити площу теплообмінної поверхні горизонтального кожухотрубного теплообмінника, призначеного для нагрівання 8,5 кг/с води від ⁰С до ⁰С. Середовищем, що гріє, служить суха насичена водяна пара (МПа), що цілком конденсується на зовнішній поверхні труб. Вода, що нагрівається, рухається в сталевих трубах діаметром мм зі швидкістю 1,7 м/с. Знайти також витрату пари, кількість і довжину труб. Схема теплообмінника подана на рис. 4.1.

4.17. Визначити, як зміняться вихідна температура води і тепловий потік у теплообміннику, розглянутому в попередній задачі, якщо витрата води збільшиться до 12 кг/с, а решта умов залишаться незмінними.

Рис. 4.1

4.18. Виконати тепловий конструкторський розрахунок змієвикового теплообмінника, що служить для утилізації теплоти димових газів. Витрата газів кг/год, їхня температура на вході ^оС, на виході ^оС. Гази містять 13% СО₂, 11% Н₂О, 76% N₂. Теплота від газів передається воді, що рухається в сталевих трубах діаметром мм зі швидкістю м/с і нагрівається від ⁰С до ⁰С. Димові гази рухаються в міжтрубному просторі із середньою швидкістю м/с. Труби розташовані в шаховому порядку з поперечним і подовжнім кроком . Схема теплообмінника і напрямок руху теплоносіїв приведені на рис. 4.2. При розрахунку коефіцієнта тепловіддачі димових газів променистою складовою знехтувати.

Рис. 4.2

4.19. Виконати перевірочний розрахунок теплообмінника, розглянутого в задачі 4.18, для режиму, у якому вхідна температура димових газів зменшиться на 50 ⁰С, а решта умов не зміниться.

4.20. У труби змієвикового пароперегрівника парового котла (рис. 4.3) надходить т/ч сухої насиченої водяної пари, тиск якої МПа. Пара повинна бути перегріта до температури ⁰С за рахунок теплоти, сприйнятої від продуктів згоряння палива (димових газів). Гази поперечно обмивають труби змієвика зі швидкістю (у вузькому перерізі) 15 м/с. Витрата газів т/ч, їхня температура на вході ⁰С, склад - 13% СО₂, 11% Н₂О, 76% N₂. Труби змійовика діаметром мм, виготовлені зі сталі ( Вт/(мК)), розташовані в коридорному порядку з кроками . Кількість труб у змієвику, включених паралельно по парі, дорівнює 84. Визначити площу поверхні теплообміну пароперегрівника і довжину кожної труби змійовика.

Рис. 4.3

4.21. Визначити вихідні температури перегрітої пари і димових газів, а також тепловий потік для теплообмінника, розглянутого в задачі 4.20, якщо витрата газів зменшиться на 20 т/ч, а решта умов залишиться незмінною.

4.22. Виконати тепловий розрахунок повітропідігрівників, опис яких і умови роботи приведені в задачі 3.1. Як проміжний вибрати органічний теплоносій (Табл. 12 – 17 Додатку).