Практическое занятие 3 Теплообмен при свободной конвекции.

Рекомендуемая литература

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – с.253-257.

2. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/ Е.В. Дрыжаков, С.И. Исаев, Н.К. Корнейчук и др./ Под ред. Б.Н. Юдаева. – М.: Высшая школа, 1968. – с. 224-237.

3. Теплотехника/ М.М. Хазен, Г.А. Матвеев, М.Е. Грицевский, Ф.П.Казакевич/ Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: Высшая школа, 1981. – с. 200-202.

4. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. - М.: Высшая школа, 1988. – с.311-319.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Опишите механизм возникновения свободного потока жидкости.

2. Что является определяющей температурой при свободной конвекции?

3. Как определить характерный размер при свободной конвекции

4. Какими уравнениями подобия определяется теплоотдача при свободном движении жидкости?

5. Опишите характерную картину свободного движения жид­кости у вертикальной стенки.

Примеры решения задач

Задача 3.1. _{Охлаждение жидкости осуществляется в горизонтально расположенных трубах диаметром d=20,0 мм. Температура жидкости вдали от каждой трубы tж = 100} ^о_{С, температура на поверхности трубы tс= 20} ^о_С.

_{Определить коэффициент теплоотдачи и общую длину трубы, если необходимо отводить Q = 8,0 кВт тепла. Теплоноситель – вода.}

Решение. _{Средняя температура пограничного слоя:}

^о_С.

_{По определим параметры для теплоносителя (П. «А»):}

_0,478∙10^-6 _м²_{/с, 5,11∙10}^-4 _К^-1_,65,9·10^-2 _{Вт/м∙К, 2,98}

_{Критерий Нуссельта при свободной конвекции определяется по формуле Михеева:}

₍₁₃₎

_{Критерий Грасгофа:}

₌

_{Произведение ()=}

_{По произведению () определим (П. «В»): 0,135, 0,33}

_{Тогда критерий Нуссельта:}

_{Коэффициент теплоотдачи:}

_Вт/м²_∙К.

_{Площадь поверхности теплообмена: м}²_.

_{Длина трубы: =м.}

Ответ: _Вт/м²_{∙К; 1,15 м.}

_{Задача 3.2.} Определить критерий подобия Нуссельта для естественной конвенции вертикально расположенного цилиндра наружным диаметром d_н =0,25 м и длиной l= 1,5 м, если коэффициент теплоотдачи = 50 Вт/м²·к, а коэффициент теплопроводности пограничного слоя жидкости =2,9 10^-2 Вт/м ² ·К.

Решение. При естественной конвекции вертикально расположенного цилиндра определяющим размером является его высота. Тогда критерий подобия Нуссельта:

.

Ответ: .

задачи для самостоятельного решения

Задача 3.3. _{Охлаждение жидкости осуществляется в горизонтально расположенных трубах диаметром d=19,9 мм. Температура жидкости вдали от каждой трубы tж = 125} ^о_{С, температура на поверхности трубы tс= 45} ^о_{С. Определить коэффициент теплоотдачи и общую длину трубы, если необходимо отводить Q = 7,9 кВт тепла. Теплоноситель – вода.}

_{Ответ: Вт/м}²_{∙К; = 0,83 м.}

Задача 3.4. Определить потерю теплоты при свободной конвекции вертикально расположенным трубопроводом диаметром 150 мм и высотой 5 м, если температура стенки трубопровода 200 ^оС, температура окружающего воздуха 30 ^оС.

Ответ: _{Q = 3613 кВт}

Практическое занятие 4 Теплообмен излучением

Рекомендуемая литература

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – с.402-424.

2. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/ Е.В. Дрыжаков, С.И. Исаев, Н.К. Корнейчук и др./ Под ред. Б.Н. Юдаева. – М.: Высшая школа, 1968. – с. 256-267.

3. Теплотехника/ М.М. Хазен, Г.А. Матвеев, М.Е. Грицевский, Ф.П.Казакевич/ Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: Высшая школа, 1981. – с. 210-219.

4. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. - М.: Высшая школа, 1988. – с.400-423.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Что называется коэффициентами поглощения, отражения и пропускания?

2. Какой спектр излучения у твердых и газовых тел?

3. Что называется лучистым потоком тела?

4. Закон Планка.

5. Закон Вина.

6. Закон Стефана-Больцмана.

7. Коэффициент излучения абсолютно черного тела.

8. Серые тела. Что называется коэффициентом черноты?

9. Теплообмен излучением между параллельными пластинами.

10. Экраны.

_{примеры решения задач}

_{Задача 4.1. Определить поверхностную плотность потока излучения стенки с коэффициентом излучения с1= 4,53 Вт/м}²_∙К⁴ _{и между поверхностями с коэффициентами излучения с1 = с2, если температуры излучающих стенок t1 = 1027} ^о_{С и t2= 427} ^о_{С, а площади их поверхностей F1 = =F2 = F= 1,0 м}²_.

_{Найти степень черноты стенок и длину волны, соответствующую максимальному излучению. Как изменится поверхностная плотность потока при установке между поверхностями n = 1 шт. экранов при условии с1 = с2 = сэ.}

_{Решение. К, К.}

_{Степень черноты стенок:}

_{, где Вт/м}²_∙К⁴ _{- постоянная Больцмана.}

_{Энергия собственного излучения серого тела определяется по формуле:}

_{, (14)}

_{где - коэффициент излучения серого тела.}

_{Энергия собственного излучения стенок:}

_Вт/м²

_Вт/м²

_{Длины волн, соответствующие максимальному излучению:}

_м.

_м.

_{Если два тела с температурами и обмениваются лучистой энергией, разделены прозрачной средой, то удельный тепловой поток, переданный излучением, может быть определен по формуле [2]:}

_{, (15)}

_{где - приведенная степень черноты:}

_{. (16)}

_{После подстановки:}

_Вт/м²

_Вт/м²_.

_{Тепловой поток при установке 1 экрана:}

_Вт/м²_.

Ответ: _{м; м; Вт/м}²_{; Вт/м}²_.

Задача 4.2. Определить теплообмен излучением между двумя большими параллельно расположенными поверхностями с температурами 800 К и К. Коэффициент излучения первой поверхностиВт/(м²·К⁴), второй - = 4,2 Вт/(м²·К⁴).

Потерю теплоты боковыми поверхностями не учитывать. Как изменится теплообмен, если при тех же условиях коэффициент излучения второй поверхности равен = 0,4 Вт/(м²·К⁴)?

Решение. Лучистый поток между параллельными поверхностями [1]:

,(15)

где -приведенный коэффициент излучения.

.(16)

После подстановки получим:

_Вт/м²_.

_{Лучистый поток между параллельными поверхностями при условии, что} 0,4 Вт/(м²·К⁴):

_Вт/м²_.

_{Ответ: Расчет показывает, что замена одной поверхности полированным материалом ведет к уменьшению теплообмена лучистым потоком почти в 10 раз.}

задачи для самостоятельного решения

Задача 4.3. _{Определить поверхностную плотность потока излучения стенки с коэффициентом излучения с1= 4,9 Вт/(м}²_∙К⁴_{) и между поверхностями с коэффициентами излучения с1 = с2, если температуры излучающих стенок t1 = 1057} ^о_{С и t2= 457} ^о_{С, а площади их поверхностей F1 = F2 = F= 1,4 м}²_.

_{Найти степень черноты стенок и длину волны, соответствующую максимальному излучению. Как изменится поверхностная плотность потока при установке между поверхностями n = 1 шт. экранов при условии с1 = с2 = сэ.}

Ответ: _м; _{м; Вт/м}²_{; Вт/м}²

Задача 4.4. Между двумя поверхностями установлен экран, коэффициенты излучения их _{с1 = с2 = 4,8 Вт/(м}²_∙К⁴_{), а температуры} 600 К и К.

Определить теплообмен лучистым потоком до и после установки экрана и температуру экрана, если _{сэкр = с1 = с2.}

Ответ: 5056 _Вт/м²_{; Вт/м}²_{; = 512 К.}