Задача 4

В трубе испарительной поверхности котла внутренним диаметром и длинойдвижется кипящая вода со скоростью. Вода находится под давлением. Тепловая нагрузка поверхности нагрева. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде, температурный напори температуру внутренней поверхности стенки трубы.

Как изменится значение коэффициента теплоотдачи, если температуру стенки увеличить на 5⁰С и 10 ⁰С ? Построить график зависимости .

Исходные данные к задаче 4 приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Исходные данные для решения задачи 4.

Вариант	Па			Подва- риант
01	25	2,5	2	а	0,036	1,55
02	30	2,7	3	б	0,038	1,60
03	35	2,9	4	в	0,040	1,65
04	40	3,1	5	г	0,042	1,70
05	45	3,3	6	д	0,044	1,75
06	50	3,5	5,5	е	0,046	1,80
07	55	3,7	4,5	ж	0,048	1,85
08	60	3,9	3,5	з	0,050	1,90
09	65	4,1	2,5	и	0,052	1,95
10	70	4,3	3,2	к	0,054	2,00

Методические указания к решению задачи 4

Определение коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении кипящей жидкости в трубах следует осуществлять по формулам, предложенным Лабунцовым Д.А. [1,2,3]. При этом можно воспользоваться методиками решений подобного типа задач и данными таблицы 9-1, приведенными в главе 9 [3].

Температуру насыщения и другие теплофизические параметры воды следует определять путем интерполяции табличных данных, приведенных в [1,2,3].

Теоретическая часть

Студенты должны дать письменные ответы на 5 вопросов, номера вариантов которых приведены в таблице 5.

Перечень вопросов к контрольной работе 1:

1. Охарактеризуйте основные (элементарные) способы передачи теплоты в пространстве.

2. Что представляет собой температурное поле при стационарном и нестационарном тепловых режимах?

3. Что представляет собой температурный градиент? Могут ли пересекаться изотермические поверхности?

4. Сформулируйте понятие: тепловой поток, плотность теплового потока, линии теплового потока, линейная плотность теплового потока. Каковы размерности этих величин?

5. Сформулируйте закон теплопроводности Фурье. Объясните физический смысл величин, входящих в его математическое выражение. Почему в уравнении закона Фурье стоит знак «минус»?

6. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности? Приведите примеры материалов с разными значениями коэффициента теплопроводности.

7. Какую роль играет коэффициент теплопроводности в расчетах процессов теплопроводности твердых тел? Приведите значения для металлов.

8. Почему пористые материалы имеют более низкие значения коэффициента теплопроводности по сравнению с плотными? Какое влияние на оказывает влажность материала?

9. Как изменяется коэффициент теплопроводности газов с изменением температуры и давления?

10. Как изменяется коэффициент теплопроводности металлов и сплавов с изменением температуры?

11. Сформулируйте уравнение Ньютона-Рихмана. Каков физический смысл коэффициента теплоотдачи

12. Какие параметры оказывают существенное влияние на коэффициент теплоотдачи?

13. Приведите дифференциальное уравнение теплопроводности (без вывода) и объясните физический смысл его составляющих. Является ли это уравнение одной из форм закона сохранения энергии?

14. Что представляют собой условия однозначности? С какой целью они должны быть присоединены к математическому описанию процесса теплопроводности?

15. Как формулируются граничные условия I и II родов? В каких случаях теплообмена они применяются?

16. Что характеризуют граничные условия Ш и IV родов? В каких случаях теплообмена они применяются?

17. Приведите вывод дифференциального уравнения теплоотдачи. Является ли это уравнение частным случаем закона сохранения энергии?

18. В чем состоит физический смысл коэффициента температуропро-водности? Какова его связь с коэффициентом теплопроводности? Выведите размерность коэффициента температуропроводности на основе дифферен-циального уравнения теплопроводности.

19. Приведите графики распределения температур в плоской трехслойной стенке одинаковой толщины при условии, что λ₁>λ₂>λ₃. Почему температурные поля каждого слоя различны?

20. Что представляет собой эквивалентный коэффициент теплопро-водности плоской многослойной стенки?

21. Приведите график распределения температуры в плоской однородной стенке для случаев, если коэффициент теплопроводности с ростом температуры: увеличивается, уменьшается, остается неизменным. Дайте объяснения.

22. Какие материалы применяются для тепловой изоляции теплообменного оборудования?

23. Как с помощью графических построений можно определить значения температур между слоями трехслойной плоской стенки (теплопроводность при граничных условиях I рода)?

24. Виды и режимы движения жидкости. В чем сходство и различие чисел Рейнольдса и Грасгофа? Укажите области существования:

а) свободного ламинарного и турбулентного движения жидкости вдоль вертикальной стенки;

б) вынужденного ламинарного и турбулентного движения жидкости в трубах.

25. Как изменяется градиент температуры по толщине плоской стенки при стационарном тепловом режиме, если коэффициент теплопроводности зависит от температуры?

26. Охарактеризуйте особенности гидродинамики и теплообмена при обтекании плоской поверхности жидкостью.

27. Сформулируйте условия подобия физических процессов и три теоремы подобия.

28. Каким требованиям должна отвечать модель, чтобы процессы, протекающие в натурной установке и модели, были подобными?

29. Поясните принципиальное различие между определяющими и определяемыми критериями подобия конвективного теплообмена.

30. Каков физический смысл чисел Рейнольдса, Прандтля, Нуссельта, Грасгофа, Фурье?

31. Какие величины необходимо принимать в качестве определяющего размера и определяющей температуры?

32. Что представляют собой начальные участки гидродинамической и тепловой стабилизации при продольном течении жидкости в трубе?

33. Как рассчитываются теплоотдача при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости в трубе?

34. Опишите взаимное влияние вынужденной и свободной конвекции в трубах.

35. Какое влияние на теплообмен оказывают изгиб трубы, обтекания трубы с углами атаки, диаметр трубы?

36. Охарактеризуйте особенности гидродинамики и теплообмена при поперечном обтекании одиночной трубы.

37. Приведите основные схемы компоновки трубных пучков и охарактеризуйте гидродинамические условия их поперечного обтекания.

38. Как рассчитывается теплоотдача при вынужденном поперечном омывании корридорных и шахматных пучков труб?

39. Охарактеризуйте гидродинамические и тепловые условия при свободной конвекции в неограниченном пространстве.

40. Как рассчитывается теплоотдача при свободной конвекции в ограниченном объеме?

41. Опишите механизм пузырькового кипения в большом объеме.

42. Изобразите графически зависимость плотности теплового потока от температурного напора при кипении в большом объеме. Объясните смысл происходящих процессов.

43. Что представляют собой первая и вторая критические плотности теплового потока при кипении в большом объеме? В чем опасность пленочного режима кипения для теплообменных аппаратов?

44. Что представляет собой критический радиус и отрывной диаметр пузырька пара?

45. Как осуществляется расчет теплообмена при пузырьковом кипении жидкости?

46. Каковы условия и расчет теплообмена при пленочном кипении жидкости?

47. Какие виды конденсации пара возможны и в чем их отличие?

48. Как осуществляется расчет теплообмена при пленочной конденсации пара?

49. Какое влияние на процесс конденсации оказывают скорость и направление движения пара, перегрев пара, состояние поверхности, содержание неконденсирующихся газов?

50. Как определяются среднелогарифмический и среднеарифметический температурные напоры между жидкостью и поверхностью стенки?

Таблица 5 - Номера вопросов к контрольной работе 1

Вариант	№ вопросов
01	1, 20, 21, 40, 41
02	2, 19, 22, 39, 42
03	3, 18, 23, 38, 43
04	4, 17, 24, 37, 44
05	5, 16, 25, 36, 45
06	6, 15, 26, 35, 46
07	7, 14, 27, 34, 47
08	8, 13, 28, 33, 48
09	9, 12, 29, 32, 49
10	10, 11, 30, 31, 50
11	1,2,3,4,5
12	6,7,8,9,10
13	11,12,13,14,15
14	16,17,18,19,20
15	21,22,23,24,25
16	26,27,28,29,30
17	31,32,33,34,35
18	36,37,38,39,40
19	41,42,43,44,45
20	46,47,48,49,50