Расчетно-графическая работа для студентов специальности «Турбины»

по курсу «Специальные вопросы тепломассообмена»

«Конвективный теплообмен»

Семестр 6, курс 3

Составил: профессор Тарасов А.И.

НТУ «ХПИ»

2014

Задача №1

Тонкая пластина длиной l₀=2 м и шириной a=1,5 м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны w₀=3 м/с и t₀=20С. Температура поверхности пластины t_c=90С.

Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемое пластиной.

Задача №2

Тонкая пластина длиной l₀=2 м и шириной a=1,5 м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны w₀=30 м/с и t₀=20 С. Температура поверхности пластины t_c=90С.

Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемое пластиной.

Указание: считать до Re_x=5*10⁵ режим течения ламинарный, при больших значениях – режим течения турбулентный. Использовать зависимости для среднего теплообмена при ламинарном и турбулентном режимах.

Задача №3

Тонкая пластина длиной l₀=2 м обтекается продольным потоком воздуха с одной стороны и потоком масла МС-20 с другой. Скорость и температура воздуха равны w₀=3 м/с и t₀=20С. Скорость и температура масла равны w₁=0,3 м/с и t₁=60 С.

Построить график изменения температуры пластины, используя координату х=0,1; 0.3; 0,5; 1,0; 2,0 м. Теплопроводность материала пластины равна  = 40 Вт/(мК).

Указание: перетеканием теплоты вдоль пластины пренебречь.

Задача №4

По ленте из нихрома сечением 20х1 мм и длиной 0,8 м течет ток I=85А. Лента обдувается потоком воздуха t_в = 20С, скорость воздуха 10 м/с. Найти максимальную температуру ленты, если удельное электрическое сопротивление нихрома  = 0,4 Оммм²/м. Теплопроводностью вдоль ленты пренебречь.

Указание: по условию задачи плотность теплового потока на поверхности ленты постоянна, т.к. сила тока и сопротивление ленты постоянны. Локальный коэффициент теплоотдачи при ламинарном течении жидкости вдоль плоской поверхности убывает с увеличением расстояния от передней кромки как . Следовательно, температура поверхности ленты достигает максимума в точке, где коэффициент теплоотдачи минимальный, т.е. в конце зоны ламинарного течения. Условной границей зоны ламинарного течения считается Re_кр = (1 – 5)10⁵. Приняв Re_кр=wX_кр/=310⁵, определяем координату Х_кр, где температура ленты максимальна. Из по Re_кр и  = 1,36 находится критерий Nu и искомый коэффициент теплоотдачи как _min = Nu /X_кр.

Задача №5

Исключена

Задача №6

Найти тепловой поток, передаваемый с прямого ребра постоянного сечения, если размеры ребра: длина L=0,6м, h=50мм, 2 = 5мм.  = 40 Вт/(мК); температура у основания t₀ = 120С, температура воздуха, текущего вдоль ребра со скоростью 4м/с, t_в=20С.

Указание: тепловой поток, рассеиваемый ребром, находится как . Для его определения необходимо найти средний по ребру коэффициент теплоотдачи. Установим характер течения воздуха вдоль ребра, для чего вычислим критерий Re = wL/. Если Re  Re_кр, то течение в пограничном слое ламинарное и по формуле

при  = 1 находится критерий Nu и коэффициент теплоотдачи _L на конце ребра. Средний коэффициент теплоотдачи при (t_ст = const) .

Задача №7

Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при течении трансформаторного масла в трубе диаметром d=8мм и длиной l=1м, если средняя по длине трубы температура масла t_ж=80С, средняя температура стенки t_c=20С м скорость масла w=0,6 м/с.

Задача №8

Вода со скоростью W=0,1 м/с течет по трубке диаметром d=4 мм и длиной 800 мм. Температура стенки трубки t_c=60С. Определить температуру воды на выходе из трубки, если на входе температура воды 10С.

Указание: принимая в качестве определяющей температуру воды на входе в трубку, можно найти критерий Re и определить характер течения. Если течение ламинарное (Re < 2300), вычисляется критерий Рэлея (Ra) и определяется режим теплообмена (при Ra < 810⁵ – вязкостный, в противном случае – вязкостно-гравитационный). В зависимости от режима теплообмена рассчитываем коэффициент теплоотдачи по

, или .

Температура воды на выходе из трубки находится из уравнения теплового баланса: тепловой поток от стенки трубки к воде расходуется на изменении энтальпии потока.

,

где t_в = (t_в1 + t_в2)/2 – средняя температура воды; G_в = wf – расход воды; f – сечение трубки; с_рв – изобарная теплоемкость воды. Если температура воды на выходе существенно отличается от температуры на входе (> 15C), следует пересчитать коэффициент теплоотдачи, приняв в качестве определяющей среднюю температуру воды в трубке.