книги из ГПНТБ / Сборник задач и упражнений по теплотехнике авиационных двигателей

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Вопросы для повторения

1.Что называется теплопроводностью?

2.Что называется температурным полем тела?

3.Что называется изотермической поверхностью?

4.Что характеризует температурный градиент?

5.Что гласит закон Фурье?

6.Что характеризует и какую имеет размерность коэффи­ циент теплопроводности?

7.Как определяется плотность теплового потока через плоскую однослойную стенку?

8.Какой перенос тепла называется конвективным?

9.Как определяется плотность потока тепла, передаваемо­ го от твердой стенки к жидкости или газу?

10.Что характеризует и какую имеет размерность коэффи­ циент теплоотдачи?

11.В чем заключается сущность применения теории подо­ бия для расчета теплоотдачи?

12. Какие Вы знаете критерии подобия, входящие в крите­ риальные уравнения теплоотдачи?

13.Какой способ распространения тепла называется теп­ лоотдачей?

14.Как записывается выражение теплового потока, пере­ даваемого через плоскую стенку?

100

15.Чго характеризует и какую имеет размерность коэффи­ циент теплопередачи?

16.Какое назначение теплообменных аппаратов?

.17. Какие Вы знаете виды теплообменных аппаратов?

18. Напишите основные уравнения теплового расчета реку­ ператора.

Задачи

7.1. Стальная стенка толщиной 20 мм обогревается горя­ чими газами, причем температура ее обогреваемой поверхности равна 250°С. С другой стороны стенка омывается водой, но при этом покрыта слоем накипи толщиной 2 мм. Температу­ ра поверхности со стороны воды равна 100°С. Определить плотность теплового потока, проходящего через стенку, а так­ же температуру поверхности раздела накипи и стали. При­ нять коэффициенты теплопроводности равными: для стали 58, для накипи 1,15 Вт/(м К ).

Плотность теплового потока через двухслойную стенку оп­

101

Далее находится температура поверхности раздела наки­ пи и стали

7-2. Определить плотность теплового потока через стенку камеры сгорания ЖРД, изготовленную из нержавеющей ста­ ли. Толщина стенки 2 мм. Температура поверхности со сторо­ ны газов 8303С, а со стороны охлаждающей жидкости 275°С. Стенку считать плоской. Коэффициент теплопроводности для стали 23,2 Вт/'(м-К). Найти также тепловой поток в том слу­ чае, если стенка с одной стороны покрыта слоем окиси тол­ щиной 0,1 мм, имеющей коэффициент теплопроводности

0.58 Вт/ (м • К ).

7.3. Плоская стенка тепловой установки имеет два слоя стальной толщиной 2 мм и асбестовый толщиной 5 мм. Темпе­ ратура наружной поверхности стали 600°С, а температура на­ ружной поверхности асбеста 120°С. Определить плотность теп­ лового потока через стенку и температуру внутренней поверх­ ности стального листа.

Ответ : q — 5760 Вт/м2 ; /Х= 599,7°С.

102

7.4. По стальной трубе с внутренним диаметром 300 мм й толщиной стенки 5 мм течет горячая вода, имеющая темпера­ туру 100°С. Определить тепловые потоки с погонного метра трубы при наличии изоляции из стеклянной ваты, толщина ко­ торой 50 мм, и без таковой, если перепад температуры между внутренней и наружной поверхностями равен 50°С.

От в е т : <7„3' = 54,7 Вт/м; д' = 752000 Вт/м.

Решение.

Обозначим (фиг. 7.2): = 300 мм — внутренний диаметр трубы; = 310 мм — наружный диаметр трубы, = 410 мм

— наружный диаметр теплоизоляции.

Коэффициенты теплопроводности для стальной трубы и для изоляционного слоя из стеклянной ваты находятся по табл. 10. Итак, 71=80,2 Вт/(м - К) и Ха= 0,049 Вт/(м - К).

Тепловой поток с погонного метра трубы, покрытой тепло­ изоляционным слоем,

2л50

:54,7 Bt/ m.

1 1 410\

2,303 (80,2” lg 300+ 0,049 g 310/

Тепловой поток с погонного метра неизолированной трубы

Без теплоизоляции тепловой поток с погонного метра трубы возрастает в 13700 раз!

7.5. Решить предыдущую задачу по упрощенной формуле считая стенку плоской. Результаты решения этих двух задач сравнить.

Ответ : </нз' = 54,6 Вт/м; д' = 768000 Вт/м.

103

7.G. Поток воздуха протекает по длинной трубе диаметром </=25 мм со средней скоростью <.’= 300 м/с. Средняя темпе­ ратура воздуха /,■= 300°С. а температура внутренней стен­ ки трубы /W= 100°C. Определить.вреднее значение коэффи­ циента теплоотдачи и тепловой поток от воздуха к стейке, приходящийся на погонный метр трубы.

Для заданного состояния воздуха и стенки принять

v = 48,33 • 10—« ма с; ). = 4,61 • 10~а Вт/(ы • К);

Prt = 0,674 ; Prw= 0,688.

Ответ : а = 465 Вт/(ма ■К ); q' — 7300 Вт,'м.

Решение.

Так как Re > 104, режим турбулентный и значение 2 вы­ числяем из критериального уравнения

откуда коэффициент теплоотдачи

Количество переданного тепла на погонный метр трубы

q' = n d a (tf'— tw) =

= * 25 • 10-3 • 4 6 5 (3 0 0 - 100) = 7300 Вт/м.

104

7.7. Воздух, имеющий среднюю температуру 600°С, течет по цилиндрической стальной трубе, имеющей диаметр 200 мм, со скоростью 10 м/с. Температура внутренней поверхности трубы равна 100°С. Определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубе, а также плотность теплового потока. Принять

7.8. По длинной трубе диаметром 60 мм протекает воздух со скоростью 5 м/с. Определить значение коэффициента тепло­ отдачи а . Принять для воздуха v = 23,13 10”е м2/с,

X= 3,21 • 10-2 Вт/(м - К).

Ответ : а = 18,8 Вт/'(м2 • К).

7.9. От поршневого двигателя внутреннего сгорания требу­ ется отводить в систему водяного охлаждения тепло в коли­ честве Q = 8,15 • 10г' Вт. Определить потребную охлаждае­ мую поверхность сотового радиатора по следующим данным:

Н =20 км со скоростью, соответствующей чиелу7Ин=3,03. При этом температура наружного воздуха tH= —56,5°С.

Определить приближенно плотность теплового потока, вос­ принимаемого стенкой фюзеляжа, температура которой

воздуха, соприкасающегося со стенкой. Х=4,9 ■10~2Вт/(м • К). Кинематическая вязкость этого воздуха v = 10,2 • К)- *1м2/с.

Ответ : q = 10300 Вт/м2.

7.11. Определить плотность теплового потока, проходящего через стальную стенку мощного парового котла высокого дав-

105

леиия, по нижеследующим данным. Толщина стальной стенки 5 = 20 мм, а се коэффициент теплопроводности л= 60Вт (м • К).

106

= 200°С. Определить температуру пластины, считая, что она постоянна по толщине. Принять для газалг=7,82 ■10~уВт(м • К),

с температурой tr — 500°С. Снаружи труба омывается холод­ ным воздухом, имеющим температуру tx = 0°С. Известны коэффициенты теплоотдачи: от газа к трубе аг=130Вт/(м‘2 • К), от грубы к воздуху ах= 2 1,2 Вт/(м2 • К). Определить потерю теп­ ла с погонного метра трубы и температуру наружной поверх­ ности трубы.

7.15. Решить предыдущую задачу в случае, когда труба имеет асбестовую тепловую изоляцию толщиной 10 мм. При­

нять коэффициент теплопроводности асбеста 7=0,06Вт/(м • К).

Ответ : ? '= 1740 Вт/м ; *а = 99,5°С.

7.16. Определить поверхность теплопередачи газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель —■газы с начальной

107

Теплообменник выполнен из стальных труб (/.С1= 5 0 Вт ( м - К) ) с наружным диаметром dH— 50 мм и толщиной стенки о — 4 мм (стенки труб чистые). Коэффициент теплоот­ дачи от газон к стенке труб я,. = 35 Вт/(м2-К) и от стенок

труб к воде ла=3800 Вт/(м2 ■К ) .

Определить также поверхность теплообмена при прямотоке п сохранения остальных параметров неизменными.

коэффициент теплопередачи

1

34,5 Вт(м2 • К) .

Тепловой поток через стенки

Q = Мв срв ( С - /„') = 2,8 • 4,19 (190 - 20) = 2000 кВт,

108

тогда поверхность теплопередачи

Контрольные вопросы

1.Какая физическая природа теплопроводности?

2.Как называется температурное поле, если температура меняется по времени?

3.Какое температурное поле называется стационарным?

4.Почему изотермические поверхности не могут пересе­ каться?

5.Как определяется тепловой поток через многослойную стенку?

6.Что такое температурный напор и термическое сопротив­ ление стенки?

109