Задача 1.5

Определить тепловые потери за счет свободной конвекции воздуха около боковой поверхности теплообменника-подогревателя питательной воды, установленного на тепловой электрической станции. Высота подогревателя h, диаметр подогревателя d. Температура поверхности подогревателя составляет t_п, температура окружающего воздуха составляет t_в.

Исходные данные принять по табл. 1.7 в соответствии с Вашим вариантом задания (см. табл. В.1 раздела "Общие методические указания").

Таблица 1.7. Варианты к задаче 1.5

Наименование		Вариант задач
		1	2	3	4	5	6	7		8		9		0
Диаметр подогревателя d, м	3		2,5	1,5	4,5	4	3,2	2,7		4,3		3,5		2,8
Высота подогревателя h, м	—		—	—	—	—	1,6		1,7		1,8		1,9		2,0
Температура на поверхности подогревателя tп, оС	80		72	65	47	15	30		90		50		35		45
Температура окружающего воздуха tв, оС	24		20	22	14	21	15		18		16		19		17

Определяющая температура .

Определяющим размером является диаметр водо -подогревателя d= 4 м.

Критерий Грасгофа = ,

где = t_п- t_в= 21-15 = 6°C;

- коэффициент объемного расширения воздуха

- кинематическая вязкость воздуха при t₀ = 18°C, = 15,11 · 10^-6 м²/с(ТМО Практика электрон ресурс 2 Приложение)

= .

Критерий Прандтля воздуха при t₀, = 0,703(ТМО Практика электрон ресурс 2 Приложение)

= 5,61 · 10¹⁰ ·0,703 = 3,94 ·10¹⁰.

Критериальное уравнение для процесса теплоотдачи при свободном движении жидкости в большом объеме имеет вид

коэффициенты с и n при = 3,94 · 10¹⁰ равны: с = 0,15; n = 0,33.

0,15 · (3,94·10¹⁰ )^0,33 = 470,57. (ТМО Практика электрон ресурс 2 Приложение)

Так как то коэффициент теплоотдачи

где - коэффициент теплопроводности воздуха при t₀ = 18°C, = 2,60·10^-2 Вт/(м·°C) (ТМО Практика электрон ресурс 2 Приложение)

.

Потери теплоты

t_ст- t_ж) ,

где

F – площадь поверхности теплообмена = 3,14 · 4 · 1 = 12,56 м²;

= 3,015 (21-15) · 12,56 =227,21 Вт

Задача 1.6

Определить коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании потоком дымовых газов, имеющих температуру t_г, трубы диаметром d. Скорость движения потока газов w, угол атаки .

Исходные данные принять по табл. 1.8 в соответствии с Вашим вариантом задания (см. табл. В.1 раздела "Общие методические указания").

Таблица 1.8. Варианты к задаче 1.6

Наименование	Варианты задач
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Температура дымовых газов tг, оС	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1200
Скорость движения газов w, м/с	3	4	5	6	7	8	5,5	6,5	7,5	4,5
Диаметр трубы d, мм	100	200	110	115	160	145	155	185	190	140
Угол атаки , град	90	45	50	20	30	40	60	75	80	85

Критерий Рейнольдса, характеризующий гидравлический режим

движения определим по формуле:

где  - кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

Находим физические величины при t =600С по таблице «Физические свойства дымовых газов»: (ТМО Практика электрон ресурс 2 Приложение)

 = 7,4210^-2

 = 93,6110^-6 м²/с

Pr = 0.62

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

Приведенные формулы справедливы при обтекании труб под углом атаки  =90. Ухудшение теплоотдачи при косом обтекании (при  90) учитывается поправочным коэффициентом _, т.к. _=30 = 0,67

Задача 1.7

Определить средний коэффициент конвективной теплоотдачи от потока среды к стенкам пятирядного пучка труб при поперечном его обтекании, если известны средняя скорость потока в узком сечении w, средняя температура воздуха t_воз, диаметр трубы d и угол атаки потока .Характер расположения труб в пучке принять по заданию.

Исходные данные принять по табл. 1.9 в соответствии с Вашим вариантом задания (см. табл. В.1 раздела "Общие методические указания").

Таблица 1.9. Варианты к задаче 1.7

Наименование	Варианты задач
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Температура дымовых газов tг, оС	500	800	1050	650	750	850	1115	1200	950	870
Скорость движения газов w, м/с	3	4	5	6	7	8	5,5	6,5	7,5	4,5
Диаметр трубы d, мм	100	200	110	115	160	145	155	185	190	140
Угол атаки , град	90	45	50	20	30	40	60	75	80	85

Определить средний коэффициент теплоотдачи от поперечного потока продуктов сгорания к стенкам котельного пучка с шахматным расположением труб с наружным диаметром d = 160 мм. Поперечный и продольный шаги труб равны соответственно , . Средняя скорость в узком сечении пучка w = 7 м/с. По направлению потока воды пучок состоит из пяти рядов труб с одинаковой поверхностью. Температура среды перед пучком t₁ = 750°C , за пучком t₂ = 600°C(приняли самостоятельно). Средняя температура стенки трубок t_ст 150°C(приняли самостоятельно).

При < 2 ε_s = ( )^1/6, при 2 ε_s = 1,12.

Решение.

О пределяющая температура - средняя температура жидкости 675°C. Определяющий размер – наружный диаметр труб d = 0,16 м.

Критерий Рейнольдса

Re_dж= = ,

где v = 112,1,3· 10^-6 м²/с – кинематическая вязкость продуктов сгорания при t_ж = 675°C. (ТМО Практика электрон ресурс 2 Приложение)

10³ < < 10⁵, следовательно, применяем критериальное уравнение вида

= 0,41 ( )^0,25 ε_s ,

где = 0,61 - критерий Прандтля среды при t_ж = 675°C;

= 0,69 - критерий Прандтля среды при t_ст = 150°C;

= = 2/3 < 2, поэтому ε_s = ( )^1/6

= 0,41 · 9991,1^,6 · 0,61^0,33 (0,61/0,69)^0,25 · (2/3)^1/6 = 74,29

Коэффициент теплоотдачи для трубок третьего и всех последующих рядов

Вт/( м²·°C),

где = 7,86 · 10^-2 Вт/(м·^оC) - коэффициент теплопроводности воды при t_ж = 675°C.

Приведенные формулы справедливы при обтекании труб под углом атаки  =90. Ухудшение теплоотдачи при косом обтекании (при  90) учитывается поправочным коэффициентом _, т.к. _=30 = 0,67

Коэффициент теплоотдачи для трубок первого ряда = 0,6 = 0,6 · 24,45 = 14,67 Вт/(м °C).

Коэффициент теплоотдачи для трубок второго ряда = 0,7 = 0,7 · 24,45 = 17,11 Вт/(м °C).

Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка в целом определяем по формуле :

где = = ;

F₁ = F₂= F₃= F₄= F₅= F, так как по условию площади поверхностей нагрева всех трубок во всех рядах одинаковы.