§ 8.2. Расчет теплообмена при кипении в большом объеме

Задача 8.2.1. Для условий задачи 8.1.1 рассчитать температуру на поверхности испарителя.

Ответ: температура на испарителеt_и= 131С.

Указания к решению: q= (t_н–t_ж), находится скрытая теплота парообразования:

r= 2,210⁶Дж/кг.

Рассчитывается тепловая нагрузка q:

Q_полезн=r  G = 1,110³Вт;Q_потерь=_ек(t_н–t_ос)F₂= 100 Вт;

Q=Q_полезн +Q_потерь= 1,2 кВт;

.

Полученное значение сравнить с критической тепловой нагрузкой, рассчитанной в задаче 8.1.1. Так как рассчитанное qв девять раз меньшеq_кр, то иRe_будет в девять раз меньшеRe_кр. ДляRe_ = 4,6 используется формула для развитого кипения (Re_ = 4,6  Re_{граничн}= 10^‑2).

.

После определения Nu_, можно приступить к расчету:

.

Далее вычисляется искомая температура:

q=(t_и – t_н), следовательно,.

§ 8.3. Расчет теплообмена при кипении в каналах

Задача 8.3.1.Внутри трубы с внутренним диаметромd= 18 мм движется кипящая вода со скоростьюw = 1 м/с. Вода находится под давлениемP = 8 бар.

Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, если температура внутренней поверхности трубы t_c = 173 C.

Ответ:= 8040 Вт/м²С.

Указания к решению:определяется значение коэффициента теплоотдачи для вынужденной конвекции при движении однофазной жидкости_w. ПриP = 8 бар:_ж= 0,81  10^–6 м²/с,_ж= 0,679 Вт/мС, Pr_ж = 1,05. Приt = 173 CPr_c = 1,04.

, следовательно,

коэффициент теплоотдачи .

Определяется значение коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме _к. Приt_s = 170,4 C:l_ = 1,07  10^–6м,/rp = 44,2  10^–2 1/C.

,

следовательно, расчет ведется по формуле

.

Коэффициент теплопередачи .

Так как _к / _w < 0,5, то интенсивность теплообмена определяется целиком вынужденным движением и=_w = 8040 Вт/м²С.

Задача 8.3.2.Определить температуруt_c внутренней поверхности трубы, по которой движется кипящая вода, если тепловая нагрузка поверхностиq = 4,3  10⁵ Вт/м², скорость и давление воды соответственноw = 4 м/с иP = 15,7 бар, и внутренний диаметр трубыd = 12 мм.

Ответ:t_c = 210,4 C.

Указания к решению:см. задачу 8.3.1.

Глава 9. Лучистый теплообмен

§ 9.1. Использование закона Планка для расчетов

Задача 9.1.1.Прибор для измерения высоких температур - оптический пирометр - основан на сравнении яркости исследуемого тела с яркостью нити накаливания. Прибор проградуирован по излучению абсолютно черного источника и поэтому измеряет температуру, которую имело бы абсолютно черное тело при той же яркости излучения, какой обладает исследуемое тело. В пирометре используется красный светофильтр с длиной волны= 0,65 мк.

Какова истинная температура тела, если пирометр зарегистрировал температуру 1400 C, а степень черноты тела (при= 0,65 мк) равна 0,6?

Ответ:t= 1467С.

Указания к решению: яркость исследуемого тела

,

где T - абсолютная температура исследуемого тела.

Яркость абсолютно черного тела

,

где T₀ - абсолютная температура черного тела; приB_ = B_0 это будет температура, которую показывает пирометр.

Так как в нашем случае С₂/T₀ = 13,2, тозначительно больше единицы. Поэтому в формулах единицей в знаменателе можно пренебречь по сравнению с. Из условияB_ = B_0 получим:

,

откуда

.

Температура тела t = 1740 – 273 = 1467 C.

Задача 9.1.2. Температура тела измеряется двумя оптическими пирометрами с разными светофильтрами. В первом пирометре установлен красный светофильтр (₁= 0,65 мк), во втором - зеленый (₂= 0,50 мк). Температуры, показываемые пирометрами, соответственно равныt₀₁ = 1400 Cиt₀₂ = 1420 C.

Найти истинную температуру тела и степень его черноты, считая тело серым.

Ответ:t = 1492 C;= 0,71.

Указания к решению:используя формулы, полученные в решении задачи 9.1.1, можно записать систему уравнений:

.

Для серого тела _1=_2=. Из полученной системы уравнений получаются выражения дляT и:

;

.

Откуда

.