Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра ,,Теплотехники и теплоэнергетики металлургических процессов,,

Контрольная работа

по теплоэнергетике

Выполнил: студент группы _{……………}

ФИО

Проверил: доцент Куземко Руслан Дмитриевич.

Мариуполь – 2015г.

Реферат содержит 27 страниц,

5 рисунков,

1 таблицу.

В задании рассмотрены типовые решения по теплоэнергетике, которые включают разделы по теплопроводности, конвективному теплообмену, лучистому теплообмену, и теплообменным аппаратам.

Задача № 1.

Воздух при давлении р₁=16 бар и при температуре t₁=300°С движется в трубе внутренним диаметром d= 24 мм в количестве V_н = 80 м³ н/мин. При температуре t₁ кинематическая вязкость, теплопроводность и температуропроводность воздуха составляет v=48,3∙10^-6 м²/с, λ=4,6∙10^-2 Вт/(м∙К), а=71,6∙10^-6 м²/с. С внутренней стенки металлическая трубка покрыта накипью толщиной δ_н=2мм и теплопроводностью λ_н=0,7 Вт/(м∙К). Толщина стенки металлической трубки δм=20мм, коэффициент её теплопроводности λ_м=40 Вт/(м∙К). С наружной стороны трубка покрыта сажей толщиной δ_с=1,5мм и теплопроводностью λ_с=0,1 Вт/(м∙К). Теплота передается в окружающий газ с температурой t₂=20°С. Коэффициент теплоотдачи от поверхности сажи к окружающему газу а₂=10 Вт/(м∙К). Стенку считать плоской.

Определить плотность теплового потока q через трехслойную стенку, температуру на поверхностях стенки t_ст1 и t_ст2, а также температуру слоев t_сл1, t_сл2.

Решение:

Дано: р₁=16 бар Найти: q - ?

t₁ =300°С t_ст1 - ?

d = 24 мм t_ст2 - ?

V_н = 80 м³ н/мин t_сл1 - ?

v = 48,3∙10^-6 м²/с t_сл2 - ?

λ = 4,6∙10^-2 Вт/(м∙К)

а = 71,6∙10^-6 м²/с

δ_н = 2мм

λ_н = 0,7 Вт/(м∙К)

δ_м = 20мм

λ_м = 40 Вт/(м∙К)

δ_м = 1,5мм

λ_м = 0,1 Вт/(м∙К)

t₂ = 20°С

а₂ = 10 Вт/(м∙К)

1. Плотность азота найдем по формуле

, где R = 8314/μ = 8314/ 28 = 293 Дж/кг∙К

2. Скорость определяем по формуле

m = ρ₁w₁F => w₁ = m / ρ₁F, где F – площадь трубки F = πd²/ 4, m = ρ_н V_{н ,}

где ρ_н для азота: ρ_н = μ/ 22,4 = 28 / 22,4 = 1,25 кг/м³

w₁=m/ρ₁F=(1,25∙80)/(60∙104∙0,785∙0,024²)=35,5м/с

3. Число Рейнольдса

Re = wd / v = (35,5∙0,024∙10⁶) / 48,3 = 17639 > Re_{критич.} = 2300

4. Число Прандтля

Pr = v / а = 48,3 / 71,6 = 0,67

5. Критерий Нуссельта

Nu = 0,021 Re^0,8 Pr^0,43 = 0,021∙17639^0,8 ∙ 0,67^0,43 = 44

6. Коэффициент теплоотдачи

α₁ = Nu( λ/d) = 44(4,6 / 0,024) = 8433 Вт /(м² ∙K)

7. Коэффициент теплопередачи:

Вт /(м² ∙K)

k = 4 Вт/(м² ∙K) < α₁ = 10 Вт /(м² ∙K)

8. Тепловой поток

q = k (t₁ – t₂) = 4(300 – 20) = 1120 Вт/м²

9. Из формулы

10.

12. Из формулы q = (t_ст.2 – t₂) => t_ст.2 = t₂ + q∙ = 20 + 1120 ∙ = 132°С

Ответ: q=1120 Вт/м² ; t_ст.1 = 299,9°С; t_ст.2 = 132°С; t_сл.1 = 267,9°С; t_сл.2 = 267,34°С.

Задача № 2.

Вода при температуре насыщения t₁=150°С движется в стальной трубке внутренним диаметром d=30мм. Расход воды составляет 0,15м³/мин. При температуре t₁ кинематическая вязкость, теплопроводность и температуро-проводность воды составляет v=6,89∙10^-6 м²/с, λ=2,79∙10^-2 Вт/(м∙К), а=6,13∙10^-6 м/с. С внутренней стенки металлическая трубка покрыта накипью толщиной δн=2,3мм и теплопроводностью λ_н=0,75Вт/(м∙К). Толщина стенки металлической трубки δ_м=15мм, коэффициент её теплопроводности λм=50 Вт/(м∙К). С наружной стороны трубка покрыта сажей толщиной δ_с=1,4 мм и теплопроводностью λ_с=0,15 Вт/(м∙К). Теплота передается в окружающий газ с температурой t₂=20°С. Коэффициент теплоотдачи от поверхности сажи к окружающему газу a₂=10 Вт/(м²∙К). Стенку считать плоской.

Определить плотность теплового потока q через трехслойную стенку, температуру на поверхностях стенки t_ст1 и t_ст2, а также температуру слоев t_сл1, t_сл2.