- •Глава 1. Основные понятия и законы теплообмена
- •§ 1.1. Основные понятия и законы
- •§ 1.2. Теплофизические параметры и расчетные коэффициенты
- •Глава 2. Простейшие стационарные процессы теплопроводности
- •§ 2.1. Случай тонкой пластины
- •§ 2.2. Задачи для стенки тонкой трубы
- •§ 2.3. Теплопроводность в тонких длинных стержнях
- •Глава 3. Простейшие нестационарные процессы теплопроводности
- •§ 3.1. Нестационарный процесс теплопроводности в тонкой пластине и длинном цилиндре для граничных условий 3 рода
- •§ 3.2. Нестационарный процесс теплопроводности в сложных телах, образованных пересечением простых тел
- •§ 3.3. Применение регулярного теплового режима для определения характеристик теплообмена
- •Глава 4. Основы теории размерностей и подобия. Моделирование явлений переноса
- •§ 4.1. Понятие о физическом подобии и моделировании
- •§ 4.2. Использование методов подобия для приведения уравнений к безразмерному виду
- •Глава 5. Прикладная газогидродинамика технологических сред
- •§ 5.1. Газогидродинамика при течении в каналах
- •§ 5.2. Основы расчета гидравлического сопротивления в каналах
- •Глава 6. Теплоотдача тел, омываемых внешним вынужденным потоком жидкости
- •§ 6.1. Расчет пограничных слоев
- •§ 6.2. Использование расчетных зависимостей для расчета стационарного теплообмена
- •Глава 7. Теплообмен при естественной конвекции
- •§ 7.1. Использование расчетных зависимостей для конкретных задач естественной конвекции
- •Глава 8. Теплообмен в двухфазных средах
- •§ 8.1. Расчет кризиса теплоотдачи при кипении
- •§ 8.2. Расчет теплообмена при кипении в большом объеме
- •§ 8.3. Расчет теплообмена при кипении в каналах
- •Глава 9. Лучистый теплообмен
- •§ 9.1. Использование закона Планка для расчетов
- •§ 9.2. Расчет теплообмена между твердыми телами в прозрачной среде
- •§ 9.3. Расчет теплообмена излучением в поглощающей среде
- •Глава 1. Основные понятия и законы теплообмена 3
Глава 7. Теплообмен при естественной конвекции
§ 7.1. Использование расчетных зависимостей для конкретных задач естественной конвекции
Задача 7.1.1.Рассчитать мощность, отдаваемую горизонтальным цилиндрическим реактором длиной 1500 мм и диаметром 400 мм, если реактор охлаждается естественной конвекцией: а) воздухом с температурой 200С; б) водой с температурой 100С.
Ответ:при охлаждении воздухом и водой мощность равнаQ1 = 2 кВт,Q2 = 123 кВт.
Указания к решению:
.
а) .
109< Ra < 61010;
Ra = 1,19 109, так какж=[ 1 –(t ж – t) ];
200=20[ 1 – (200 – 20) ],
следовательно,
;
для воздуха .
Режим ламинарный.
;
, следовательно, ;
;
б) .
;
Ra = 6 1010;
;
ламрассчитывается аналогично а), однако вместо характерного размера берется 0,1.
Считаем тур:
;
; Q= 123 кВт.
Задача 7.1.2. Получить расчетную зависимость для теплообмена при естественной конвекции в виде безразмерной зависимости анализом размерностей.
Ответ: Nu = CGrnPrkLiPi.
Указания к решению:составить список определяющих параметров в виде функции
и выполнить анализ размерностей аналогично задаче 4.2.2.
Задача 7.1.3. Рассчитать потери тепла от горизонтального цилиндрического реактора (кожуха печи) длинойL = 1,5 м, диаметромD = 0,4 м, если реактор охлаждается естественной конвекцией: а) в воздухе ,; б) в воде,.
Ответ: потери тепла составляютQ 4 103 Вт.
Указания к решению:свести данный геометрический случай к случаю вертикальной поверхности, гдеH=D. Определить режим течения по числу Ra:
.
Так как при этом значении Raнаступает турбулентный режим (граничное значениеRa = 109), то определяетсяhкр, при котором будет существовать ламинарный режим. Для этой зоны расчет ведется по формуле:
.
В результате получаем на ламинарном участке:
;
.
Для турбулентного участка, где H hкр, расчет выполняется по формуле:
.
Получаем на турбулентном участке:
.
Тогда суммарные потери будут равны:
.
Задача 7.1.4.Рассчитать градуировку термоанемометра расхода газа для следующих условий: 1) диапазон расхода газа G1G21 ‑ 10 л/мин; 2) температура газаt2= 20C; 3) температура нитиtн= 300 С; 4) геометрические характеристики нити:d = 100 мкм,l = 20 мм; 5) диаметр камерыD = 50 мм; 6) используемые газы: аргон, кислород, водород, азот, воздух.
Ответ:.
Указания к решению: необходимо установить зависимость I = f(G).
.
Т
Схема
термоанемометра
.
При естественной конвекции
;
так как число Raмало, Nu = 0,5;
.
При вынужденной конвекции
;
.
Подстановка в уравнение
дает окончательную зависимость
.
Глава 8. Теплообмен в двухфазных средах
§ 8.1. Расчет кризиса теплоотдачи при кипении
Задача 8.1.1.Рассчитать критическую тепловую нагрузку для кипения воды при давленииP = 2105Вт/м2в испарителе наружного типа, использующего кипение в большом объеме для получения пара. Пар расходомG= 0,5 г/с необходимо подавать в реактор. Давление в испарителе не должно превышать двух атмосфер. Поверхность испарителяF1 = 0,510–2 м2. Поверхность корпуса испарителяF2 = 10–1м2. Корпус испарителя охлаждается естественной конвекциейек= 10 Вт/м2С. Температура водыtж= 393 К, окружающей средыtос= 20 C,tн = 120 C.
Ответ: qкр = 18105 Вт/м2.
Указания к решению:определяется характерный размер кипенияl:
.
;
= 0,54810–1 Н/м;= 943 кг/м3;= 1,12 кг/м3.
Рассчитывается qкрдля наших условий:
;
; .
Следовательно, .
Задача 8.1.2. Определить критическую тепловую нагрузку при кипении воды в большом объеме под давлениемP = 1 бар.
Ответ:qкр1,4106Вт/м2.
Указания к решению:используя методику задачи 8.1.1, получимl = 50,6 10–6м,qкр= 1,41106Вт/м2.