Вариант 1 (Кр.№3) Задачи

Задача 1 (к теме 11). При заданных условиях конденсации определить: а) средний коэффициент теплоотдачи и сравнить результат с данными номограммы на рис. 12-9 [1]; б) мощность теплового потока, отводимого через стенку, трубы при конденсации пара; в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию неподвижного пара).

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл 8.1

Таблица 8.1

Наименование	Варианты					задач
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Давление сухого Насыщенного водяного Пара кПа	4,2	7,4	7,4	100	100	4,2	7,4	7,4	100	100
Пар конденсируется На стенках трубы	Стенка расположена вертикально					Стенка расположена горизонтально
Длина трубы, м	2	2,5	3	3,5	4	2	2,5	3	3,5	4
Диаметр трубы, м	0,02	0,024	0,02	0,024	0,02	0,024	0,02	0,024	0,02	0,024
Температура стенки,	25	30	35	70	60	25	30	35	70	70

Методические указания. Прежде всего следует определить, является ли режим стекания конденсата с трубы ламинарным или смешанным, с появлением внизу участка турбулентности. Для этого определяют число подобия [1, § 12.2.1]:

где индекс «ж» является указателем определяющей температуры, согласно которому являются свойствами конденсата при средней температуре пленки tж=0,5(tн+tc)

Значение теплоты конденсации r находят по температуре насыщения, которая определяется по заданному давлению р сухого насыщенного пара с помощью известных из курса термодинамики таблиц. При определении физических. свойств воды в состоянии насыщения [1, табл. 5] или [2, табл. 11] следует иметь в виду, что собственно давления насыщенного пара pн приведены здесь лишь для температур tн=100°С и выше.

Значение p= 1,013 бар, приводимое в таблице в интервале температур 0-90°С, указывает лишь на давление, при котором здесь были определены другие физические параметры воды.

В случае отсутствия под рукой таблиц воды и водяного пара в состоянии насыщения можно воспользовался следующими значениями температуры и теплоты испарения (конденсации) в зависимости от давления сухого насыщенного водяного пара:

р, МПа	°С	r, кДж/кг	р, МПа	°С	r, кДж/кг
0,0042 0,0074	30 40	2430 2406	0,0123 0,1000	50 99,63	2382 2258,2

После вычисления Z сравнивают результат с zcр=2300. Если то режим стекания пленки конденсата ламинарный Тогда число Rе находят согласно формуле (12-15) [1]: Rе =0,95

Далее определяют искомый коэффициент теплоотдачи, который входит в -состав

Если же , то режим стекания пленки на нижнем участке становится турбулентным. В этом случае расчет числа выполняют по формуле (12 20) [1]:

Значение является поправкой на изменение теплофизических свойств пленки конденсата в зависимости от изменения температуры по толщине пленки.

Задача 2 (к темам 14 и 15). Определить долю теплоотдачи излучения в составе полной (суммарной) теплоотдачи при нагревании помещения с температурой 20°С радиатором водяного отопления. Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции от радиатора к воздуху принять равным 5,5

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 9.1

Таблица 9.1

Наименование условий	Варианты задачи
	11	12	13	14	15	16 '	17	18	19	20
Температура по­верхности радиаторов, °С	80	75	70	65	60	65	70	75	80	85
Степень черноты радиаторов (в зависимости от окраски)	0,8	0,5	0,8	0,5	0,8	0,5	0,8	0,5	0,8	0,5

Методические указания. При расчете приведенной поглощательной способности по формуле Стефана — Больцмана поглощательную способность следует принять близкой к единице.

Теплообмен излученном между радиаторам и помещением сводится к случаю теплообмена между выпуклым телом и его оболочкой.При решении задачи на теплообмен излучением нужно пользоваться-следующими числовыми значениями постоянных: Постоянная Стефана-Больцмана = ; соответствующий коэффициент излучения абсолютно черного тела .

Задача 3 (к темам 14—10). Вычислить результирующий тепловой поток. излучением от газовой среды к стенкам газохода, приходящийся на единицу поверхности газохода и выраженный в ваттах на квадратный метр (Вт/м2) Поправкой на взаимное поглощение излучений компонентами газовой смеси пренебречь.

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 10.1

Таблица 10.1

Варианты задач
Наименование заданных условий	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Несветящаяся газовая среда (без частиц сажи и золы) при общем давлении 98 кПа средней температуре Tг,	900	1000	1100	1200	1100	900	1000	1100	1200	1100
Размеры газохода, м:
диаметр	0,4	0,5	0 6	0,7	0,7	-	-	-	-	-
высота	-	-	-	-	-	0,2	0,2	0,3	0,3	0,3
ширина	-	-	-	-	-	0,2	0 3	0,2	0 3	0,3
Температура стенок газоходаTс,	200	250	300	350	400	200	250	300	350	400
Степень черноты стенок	0,8	0,9	0,8	0,9	0,8	0,9	0,8	0,9	0,8	0,9
Парциальное давление трехатомных газов р, кПа
водяного пара	7,5	8	8,5	9	9,5	7,5	8	8,5	9	9,5
двуокиси углерода	12	10	11	12	12	11	12	10	11	12

Примечание: Для вариантов 21—25 газовая среда проходит по газоходу цилиндрического сечения, а для вариантов 20—30-—по газоходу прямоугольного сечения.

Методические указания. В учебной литературе [1] и [2] предлагаются два. несколько отличающихся способа решения задач.

Согласно способу, изложенному в учебнике [1], искомая плотность результирующего излучения определяется по формуле (18-40) [1, § 18 6]:

где —предельная степень черноты газовой смеси при Тг и при бесконечном

увеличении объема; —то же, при Тc; — степень черноты газовой смеси заданном объеме. Значения остальных обозначений приведены в

условии задачи.

Численные значения Тг, , для смеси вычисляют через индивидуальные степени черноты компонентов газовой смеси согласно формуле (18-41):

Числовые значения , определяют с помощью графика на рис 18-6 [1] в зависимости от указанной температуры (Tг или Tc).

Числовые значения и определяют с помощью графиков на рис. 18-4 и 18-5 [1] в зависимости от парциального давления, средней длины луча и температуры Tг, выраженной в градусах Цельсия. Поправкой для упрощения задачи можно пренебречь. Наконец, среднюю длину пути луча рекомендуется определять по приближенной формуле (18-42) [1]:

l=0,9(4V)/Fc

Естесcтвенно, что для длинного газохода отношение V/Fc=S/Р, где S — площадь поперечного сечения газохода; P —периметр газохода

Задача 4 (к теме 17). Определить расход пара на обогрев воды в пароводяном теплообменнике при условии, что весь пар в теплообменнике превращается в конденсат, выходящий из теплообменника в состоянии насыщения при давлении греющего пара Найти площадь поверхности нагрева в теплообменнике при условии, что средний коэффициент теплоотдачи .

Представить схематично графики изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева Объяснить, зависит ли средний логарифмический температурный напор и площадь поверхности нагрева в таком пароводяном теплообменнике от включения теплоносителей по схеме «прямоток» или «противоток». Потерями теплоты через стенки теплообменника в окружающую среду пренебречь Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл 11.1

Таблица 11.1

Наименование заданных условий	Варианты задачи
	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
Расход воды в пароводяном теплообменнике	кг/ч	30 кг/с	2 /мин	50 /ч	30 кг/с	кг/ч	20 /мин	0,5 /мин	20 кг/с	0,015 /с
Температура воды, °С -
на входе	20	20	25	25	30	35	35	35	40	40
на выходе	70	70	75	75	80	80	85	85	90	90
Давление греющего пара (при степени сухости 0,98 МПа))	0,11	0,11	0,12	0,12	0,13	0,13	0,14	0,14	0,15	0,15

Методические указания. При решении задачи следует учитывать, что весь пар превращается в теплообменнике в конденсат и этот конденсат выходит из теплообменника при температуре насыщения, соответствующего заданному давлению греющего пара. Отсюда следует, что в теплообменнике используется теплота конденсации греющего пара со степенью сухости x=0,98 на входе и x=0 на выходе. Теплоту конденсации 1 кг пара в состоянии давления определяют по таблицам воды и водяного пара в состоянии насыщения. Тогда расход пара определяют из выражения: где Q- мощность теплового потока, переходящего от греющего пара к воде.

Вариант 2(К.р.№ 3)

Задачи

Задача 1 (к теме 11). При заданных условиях конденсации определить: а) средний коэффициент теплоотдачи и сравнить результат с данными номо­граммы на рис. 12.8 [1]; б) мощность теплового потока, отводимого через стенку трубы при конденсации пара; в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию неподвижного пара) .

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из

табл. 8.2.

Методические указания даны в первом варианте (К.р. №3).

Таблица 8.2.

Наименование	Варианты задачи
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Давление сухого насыщенного пара p, кПа	2,33	4,24	4,24	4,24	7,37	2,33	4,24	4,24	4,24	7,37
Пар конденсируется на внешней стенке трубы, м	Труба расположена вертикально					Труба расположена горизонтально
Длина трубы, м	2	2,5	3	3,5	4	2	2,5	3	3,5	4
Диаметр трубы, м	0,02	0,024	0,02	0,024	0,04	0,024	0,02	0,024	0,02	0,024
Средняя температура стенки, °С	15	25	20	27	35	15	25	20	27	35

Задача 2 (к теме 12). Пользуясь формулой Кутателадзе и формулой Михеева, определить коэффициент теплоотдачи а, температурный напор t и температуру t_c поверхности нагрева при пузырьковом кипении воды в неограниченном объеме, если даны интенсивность q теплового потока, подводимого к поверхности нагрева, и давление р, при котором происхо­дит кипение. Сопоставить результаты расчета по обеим формулам, вычислив про­цент несовпадения.

Построить схематично график зависимости q от t при кипении воды, указав на ней область пузырькового кипения и ориентировочно положение точки, соот­ветствующей заданному режиму.

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, взять из табл. 9.2.

Таблица 9.2.

Заданные варианты	Варианты задачи
	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Интенсивность теплового потока q, МВт/ м2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
Давление насыщения p, МПа	1,0	1,56	2,32	3,35	4,7	1,0	1,56	2,32	3,35	4,7

Для произвольных жидкостей – формула Кутателадзе:

Где значение в первых скобках выражается в м^-2; во вторых скобках – безразмерно; =9,81 ; - плотности кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м³; -коэффициент теплопроводности кипящей жидкости, ; - ее поверхностное натяжение, ; - ее коэффициент температуропроводности, ; Р_н – ее давление насыщения, Па; - удельная теплота испарения, ; q – интенсивность теплоотдачи, ; Pr – число Прандтля жидкости. Контроль за единицами величин, подставляемых в формулу, должен быть особенно тщательным.

Определив коэффициент теплоотдачи по этой формуле для заданного значения q, получают возможность вычислить и температурный напор

Более простая и точная (+_/-35%) формула теплоотдачи при пузырьковом кипении, но применимая только для воды, рекомендована Михеевым:

,

где - , Р – МПа, -

Методические указания. Наиболее вероятный источник ошибок при вычисле­нии — недостаточный контроль за единицами величин, подставляемых в формулы. После вычисления по указанным формулам коэффициента теплоотдачи определяют по формуле Ньютона — Рихмана температурный напор t при кипе­нии. Зная давление кипящей воды, определяют по таблицам термодинамических свойств насыщенного водяного пара и воды (или по табл. 5 приложения [1]) температуру насыщения t_H, a пo t_H и t находят температуру поверхности нагрева. График зависимости q от t схематично приведен на рис. 13.6 и 13.7 учебника [1]. Правильность решения задачи можно проконтролировать, сопоставив результат с диапазоном значений коэффициента теплоотдачи при пузырьковом (пузырчатом) кипении воды. Нижняя граница этого диапазона 20 кВт/(м² • К), верхняя пред­ставлена в зависимости от давления на рис. 13.26 [1].

Задача 3 (к темам 14 и 15). Определить долю теплоотдачи излучением в составе полной (суммарной) теплоотдачи при нагревании помещения с температурой 20 ° С радиатором водяного отопления. Коэффициент теплоотдачи при свобод­ной конвекции от радиатора к воздуху принять равным 6,5 Вт/ (м² • К).

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 10.2.

Таблица 10.2.

Наименование условия	Варианты задачи
	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Температура поверхности радиаторов, ° С	75	70	65	60	55	60	65	70	75	80
Степень черноты радиаторов (в зависимости от окраски)	0,7	0,8	0,7	0,6	0,5	0,5	0,4	0,5	0,6	0,7

Методические указания даны в первом варианте(К.р.№ 3).

Задача 4 (к теме 17). Определить расход пара на обогрев воды в пароводяном теплообменнике при условии, что весь пар в теплообменнике превращается в кон­денсат, выходящий из теплообменника в состоянии насыщения при давлении греющего пара. Найти площадь поверхности нагрева в теплообменнике при условии, что средний коэффициент теплопередачи К_ср = 2500 Вт/ (м² • К).

Представить схематично графики изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева. Объяснить, зависит ли средний логарифмический температурный напор и площадь поверхности нагрева в таком пароводяном теплообменнике от включения теплоносителей по схеме "прямоток" или "противоток". Потерями теплоты через стенки теплообменника в окружающую среду пренебречь. Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать по табл. 11.2.

Таблица 11.2.

Наименование заданных условий	Варианты задачи
	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
Расход воды в пароводяном теплообменнике, кг/с	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Температура воды, ° С на входе… на выходе…	20 70	20 70	25 75	25 75	30 80	30 80	35 85	35 85	40 90	40 90
Давление греющего пара (при степени сухости 0,98), МПа	0,11	0,11	0,12	0,12	0,13	0,13	0,14	0,14	0,15	0,15

Вариант 3 (К.р.№ 3)