Тепломассобмен. Методические указания к практическим занятиям

2901

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра промышленной теплоэнергетики

ТЕПЛОМАССОБМЕН

методические указания

к практическим занятиям

Составители: В.Я. Губарев, А.Г. Арзамасцев

Кадры для региона

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Липецк Липецкий государственный технический университет

2014

УДК 621.036 (07)

Г93

Рецензент – канд. техн. наук, доц. В.А. Стерлигов

Губарев В.Я.

Г93 Тепломассобмен [Текст]: метод. указания к практическим занятиям /

сост. В.Я. Губарев, А.Г. Арзамасцев. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 20 с.

Методические указания содержат практические задания по дисциплине

«Тепломассобмен». Методические указания предназначены для проведения практических занятий и контрольных работ по данной дисциплине у студентов

3-го курса направления «Теплоэнергетика и теплотехника».

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014

Настоящие методические указания содержат 48 различных заданий по дисциплине «Тепломассобмен» и разделены на 3 равные части (по 16 заданий) по разделам «Стационарный режим теплопроводности», «Конвективный теплообмен» и «Теплообмен излучением». В каждом задании предложены 5 вариантов ответов, из которых правилен только один.

1.Стационарный режим теплопроводности

1.Стенка из шлакобетона длиной 10 м, высотой 35 м и толщиной 0,5 м имеет теплопроводность 0,93 Вт/(м·К). Температура на внутренней поверхности стенки +15ºС, а на наружной поверхности температура составляет -10ºС. Определить тепловой поток теплопроводностью.

1) 1437 Вт;

2) 1625 Вт;

3) 1815 Вт;

4) 1956 Вт;

5) 2045 Вт.

2.Найти температуру верхней поверхности льда, если температура нижней поверхности (под водой) равна -10ºС. Слой льда имеет толщину 45 см, коэффициент теплопроводности льда равен 2,25 Вт/(м·К). Плотность теплового потока теплопроводностью 28 Вт/м2.

1) -3,4ºС;

2) -5,4ºС;

3) -2,4ºС;

4) -4,4ºС;

5) -6,4ºС.

3.Найти модуль градиента температуры, если плотность теплового потока равна 100 Вт/м2, коэффициент теплопроводности вещества 50 Вт/(м·К).

1) 0,5 К/м;

2) 1 К/м;

3) 2 К/м;

4) 3 К/м;

5) 4 К/м.

3

1)6 К/м;

2)7 К/м;

3) 8 К/м;

4) 10 К/м;

5) 14 К/м.

5. Известно, что для температурного поля частные производные функции

точке, если плотность теплового потока в данной точке 1 Вт/м2, а коэффициент теплопроводности 1 Вт/(м·К).

1)0 К/м;

2)0,3 К/м;

3) 0,3 К/м;

4) 0,8 К/м;

5) 1 К/м.

6. Вектор градиента температуры по отношению к вектору плотности теплового потока.

1) направлен в противоположную сторону;

2) сонаправлен;

3)ортогонален;

4)угол между векторами определяется значением плотности теплового

потока;

5)угол между векторами зависит от значения коэффициента теплопроводности.

4

7. Температура на наружной поверхности исследуемого образца +10ºС, а

на внутренней +20ºС. Толщина материала, из которого сделан образец,

составляет 10 см. Плотность теплового потока теплопроводностью через образец составляет 300 Вт/м2. Найти коэффициент теплопроводности образца.

1)0,33 Вт/(м ·К);

2)1 Вт/(м·К);

3)3 Вт/(м·К);

4)4 Вт/(м·К);

5)5 Вт/(м ·К).

8. Тонкий плоский электронагреватель площадью 0,2 м2 с

температурой +200ºС помещен между двумя одинаковыми слоями с коэффициентом теплопроводности 0,35 Вт/(м·К). Мощность нагревателя 1000

Вт. Найти толщину слоя изоляции, при которой температура наружной поверхности составит +50ºС.

1)0,0021 м;

2)0,0042 м;

3)0,0875 м;

4)0,0105 м;

5) 0,021 м.

9. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стальную стенку, коэффициент теплопроводности которой равен 40 Вт/(м·К).

Толщина стенки 0,05 м. Температуры на поверхностях стенки +100ºС и +90ºС

соответственно.

1)1000 Вт;

2)4000 Вт;

3)8000 Вт;

4)10000 Вт;

5)16000 Вт.

5

10. Плотность теплового потока через плоскую однородную стенку составляет 10000 Вт/м2. Одна поверхность стенки имеет температуру +100ºС,

коэффициент теплопроводности стенки 28 Вт/(м·К), ее толщина 0,25 м. Найти температуру второй поверхности стенки (температура второй поверхности больше температуры первой).

1)115ºС;

2)189ºС;

3)213ºС;

4)357ºС;

5)397ºС.

11. Определить тепловой поток через кирпичную стену толщиной 0,1 м и площадью боковой поверхности 5 м2, если коэффициент теплопроводности кирпича 0,3 Вт/(м·К), а температуры на поверхностях стенки +25 и +10ºС

соответственно.

1) 5 Вт;

2) 25 Вт;

3)125 Вт;

4)225 Вт;

5)750 Вт.

12. Термическое сопротивление стены жилого дома составляет 9

(м2·К)/Вт. Найти тепловой поток через стену площадью 30 м2, если перепад температур по толщине стены составляет 30ºС.

1)33,3 Вт;

2)100 Вт;

3)133,3 Вт;

4)200 Вт;

5)500 Вт.

6

13. Паропровод с температурой пара +120ºС и наружным диаметром 0,1 м

покрыт слоем асбеста толщиной 0,06 м и коэффициентом теплопроводности

0,15 Вт/(м·К). Найти тепловой поток от паропровода на единицу его длины,

если температура наружной поверхности изоляции +35ºС.

1)115,5 Вт/м;

2)135,5 Вт/м;

3)141,2 Вт/м;

4)144,5 Вт/м;

5)176,5 Вт/м.

14. Определить тепловой поток от трубы длиной 10 м и толщиной стенки

0,1 м в окружающую среду. Коэффициент теплопроводности материала трубы

30 Вт/(м·К), внутренний радиус трубы 0,5 м, перепад температур на внутренней

ивнешней поверхностях трубы равен 210ºС.

1)0,5 МВт;

2)0,7 МВт;

3)0,95 МВт;

4)1,05 МВт;

5)1,17 МВт.

15. Найти толщину изоляционного слоя с коэффициентом теплопроводности 0,2 Вт/(м·К), если температура на внешней поверхности изолируемой трубы +250ºС, а температура на поверхности изоляционного слоя должна быть +30ºС. Тепловой поток в окружающую среду 7578 Вт, внешний диаметр трубы 1м, длина трубы 5 м.

1)0,1 м;

2)0,15 м;

3)0,2 м;

4)0,25 м;

5)0,3 м.

7

16. Распределение температуры по толщине плоской стенки: t(x) 250 100 x , где x толщина стенки, м. Коэффициент теплопроводности 3

Вт/(м·К). Найти плотность теплового потока.

1)100 Вт/м2;

2)150 Вт/м2;

3)200 Вт/м2;

4)250 Вт/м2;

5)300 Вт/м2.

2. Конвективный теплообмен

1. Какой из критериев подобия характеризует соотношение поля скоростей и поля температур и сам является физическим параметром.

1)Re;

2)Pr;

3)Ar;

4)Gr;

5)Nu.

2. Укажите правильную зависимость для нахождения критерия Nu при течении газа в трубе, если известны диаметр трубы d , для газа известны коэффициент теплопроводности газа , плотность , коэффициент теплоемкости с , кинематическая вязкость , коэффициент теплоотдачи от газа

к стенке :

1) Nu ;

d

2) Nu ;

d

3) Nu d ;

4) Nu d ;

5) Nu .

d

8

3.Характерный размер входит в критерий Грассгофа в степени: 1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4; 5) 5.

4.Критериальное уравнение теплообмена при турбулентном течении жидкости в трубе имеет вид Nu 0,023 Re0,8 . Как в этом случае коэффициент

теплоотдачи зависит от характерного размера d.

1)пропорционален d0.8 ;

2)пропорционален d1 ;

3)пропорционален d -0,2 ;

4)пропорционален d 0,2 ;

5)другой ответ.

5.Коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции определяется следующими критериями подобия:

1) Re и Pr;

2) Re и Gr;

3) Gr и Pr;

4) Pe и Gr;

5) Pe и Pr.

6.Для турбулентного течения в трубе коэффициент теплоотдачи пропорционален критерию Рейнольдса в степени:

1) 0,1;

2) 0,5;

3) 0,6;

4) 0,7;

5) 0,8.

9

7. Медный провод круглого сечения диаметром 15 мм охлаждается поперечным потоком сухого воздуха. Скорость набегающего потока 1 м/с,

кинематическая вязкость 15,06·10-6 м2/с, коэффициент теплопроводности

2,59·10-2 Вт/(м·К). Критериальное уравнение по нахождению коэффициента теплоотдачи Nu 0,44 Re0,5 . Найти значение коэффициента теплоотдачи.

1)19,8 Вт/(м2·К);

2)21,8 Вт/(м2·К);

3)23,8 Вт/(м2·К);

4)25,8 Вт/(м2·К);

5)27,8 Вт/(м2·К).

8. Найти критерий Рейнольдса течения воды внутри трубы при расходе воды 15 м3/ч, наружном диаметре трубы 110 мм, толщине стенки 5 мм, если кинематическая вязкость воды 0,2·10-6 м2/с:

1)210,5·103;

2)265,4·103;

3)378,9·103;

4)407,9·103;

5)452·103.

9. Известно, что критериальное уравнение для естественной конвекции имеет вид: Nu с Gr1/ 3 . При прочих неизменных условиях характерный размер обтекаемой поверхности увеличили в 2 раза. Как изменился коэффициент теплоотдачи конвекцией ?

1)увеличился в 2 раза;

2)уменьшился в 2 раза;

3)увеличился в 21/3 раза;

4)уменьшился в 21/3 раза;

5) остался неизменным.

10