Задача 5

Задача 5.1

Дано: Рабочий участок установки для производства насыщенного пара давлением 4 МПа, состоящий из горизонтальной трубы 25 х 1 мм, в которую подается вода под давлением 13.8 МПа. Скорость течения воды 5 м/с, температура воды на входе 280 ^оС.

Найти: Коэффициент теплообмена со стороны воды, тепловой поток и градиент давления в трубе.

Допущения: Условия стационарные, установившееся течение, влияние давления на теплофизические свойства пренебрежимо мало.

Задача 5.2

Дано: Горизонтальная труба диаметром 25 х 1 мм, длиной 2 м, на внешней поверхности которой конденсируется пар под давлением 20 бар. Система используется для подогрева воздуха, движущегося внутри трубы. Скорость течения воздуха 6 м/с, температура на входе 150 ^оС, давление 200 кПа.

Найти: Температуру воздуха на выходе из трубы, перепад давления и тепловой поток на поверхности трубы.

Допущения: Условия стационарные, термическое сопротивление трубки и пленки конденсата незначительно, изменения кинетической и потенциальной энергии пренебрежимо малы.

Задача 5.3

Дано: Трансформатор мощностью 1000 Вт, высотой 500 мм и диаметром 300 мм. Для отвода тепла, на боковую поверхность трансформатора горизонтально приварены трубки диаметром 21х0,5 мм. По трубкам пропускается глицерин, температура которого на входе 24 ^оС, допустимое повышение температуры 6 градусов. Температура поверхности трансформатора постоянна и равна 47 ^оС. Свойства глицерина: плотность 1259,9 кг/м³, теплоемкость 2427 Дж/кг^.К, динамическая вязкость 7,9^.10^-2 кг/м^.с, теплопроводность 0,286 Вт/мК, число Прандтля 6780.

Найти: Необходимый массовый расход глицерина, длину трубок и расстояние между горизонтально расположенными трубками.

Допущения: Условия стационарные, термическое сопротивление трубки незначительно, потерь нет.

Задача 5.4

Дано: Трубы диаметром 12 м и длиной 5 м, расположены в один ряд с шагом 50 мм между двумя горизонтальными пластинами. Расстояние между пластинами 60 мм. Пространство между пластинами заполнено водой при постоянной температуре 0 ^оС. Внутри труб пропускается фреон-12, температура на входе которого равна –33 ^оС, а массовый расход 0,1 кг/с. Свойства фреона: плотность 17,7 кг/м³, теплоемкость 900 Дж/кг^.К, динамическая вязкость 3,5^.10^-4 кг/м^.с, теплопроводность 0,07 Вт/мК, число Прандтля 4,6.

Найти: Температуру фреона на выходе из труб, плотность теплового потока и время, необходимое для полного замерзания воды.

Допущения: Свойства постоянны, плотность воды при замерзании не меняется, переносом тепла в направлении между пластинами можно пренебречь.

Задача 5.5

Дано: Тефлоновая трубка внешним диаметром 28 мм и внутренним диаметром 25 мм, через которую пропускается теплоноситель - Фреон-12. Средняя температура теплоносителя 240 К, массовый расход 0,1 кг/с. Трубка омывается поперечным потоком воздуха, скорость воздуха 25 м/с, температура 300 К. Свойства фреона: динамическая вязкость 3,85^.10^-4 Н^.с/м², теплопроводность 0,069 Вт/мК, число Прандтля 5,0. Коэффициент теплопроводности тефлона 0,35 Вт/мК.

Найти: Линейный тепловой поток

Допущения: Условия стационарные, постоянные свойства, установившееся течение, тепло переносится только в радиальном направлении.

Задача 5.6

Дано: Круглая труба внутренним диаметром 15 см и длиной 10 м, в которой протекает воздух с массовым расходом 0,04 кг/с и температурой на входе 60 ºС при давлении 1 атм. Температура поверхности трубы поддерживается постоянной и равна 15 ºС.

Найти: 1) температуру воздуха на выходе из трубы и потери тепла по длине трубы; 2) рассчитать и изобразить графически изменение теплового потока и перепада давления, если диаметр трубы меняется в диапазоне от 10 до 20 см, при условии что площадь теплообмена будет оставаться постоянной и равной значению условий задачи.

Допущения: Площадь теплообмена остается постоянной и равной значению условий задачи, свойства воздуха постоянны, а течение установившееся.

Задача 5.7

Дано: Труба внутренним диаметром 5 см, через которую прокачивается теплоноситель - эвтектический сплав натрия с калием (22%Na-78%K). Скорость сплава 8 м/с. Среднесмешанная температура теплоносителя 385 ºС, температура стенки трубы постоянна и равна 403 ºС.

Найти: 1) Локальный коэффициент теплообмена и плотность теплового потока на стенке трубы, 2) Определить режим течения теплоносителя (ламинарный поток или турбулентный).

Задача 5.8

Дано: Труба газоохлаждаемого реактора внутренним диаметром 20 мм и длиной 780 мм, в которой протекает гелий с массовым расходом 8·10^-3 кг/с. Гелий в трубе нагревается от 600 К до 1000 К.

Найти: 1) температуру стенки трубы при условии, что она неизменна; 2) температуру на выходе из трубы и массовый расход, при тех же тепловом потоке и температуре стенки трубы, если теплоноситель воздух.

Допущения: Течение установившееся.

Задача 5.9

Дано: Труба внутренним диаметром 12,7 мм и длиной 10 м, в которой протекает медицинская жидкость со скоростью 0,2 м/с. Температура на входе 25 ºС , на выходе 75. Свойства жидкости: плотность - 1000 кг/м³, изобарная теплоемкость - 4000 Дж/кг·К, коэффициент динамической вязкости - 2·10^-3 кг/с·м, коэффициент теплопроводности - 0,48 Вт/м·К, число Прандтля - 10.

Найти: Плотность теплового потока и температуру поверхности трубы на расстоянии 0,5 и 10 м от входа.

Допущения: Свойства жидкости постоянны, потерями в окружающую среду можно пренебречь.

Задача 5.10

Дано: Тонкостенная труба внутренним диаметром 0,004 м, внутри которой течет вода со скоростью 2,2 м/с при температуре 23 ºС. С внешней стороны труба омывается воздухом, поток которого направлен перпендикулярно оси трубы. Температура воздуха 227 ºС , скорость обтекания 7,6 м/с.

Найти: Температуру поверхности трубы.

Допущения: Излучение в воздухе считать незначительным.