Контрольные вопросы и задания

1. Для парового котла высотой h=14 м с температурой поверхности обмуровки t_c=40^оС и температурой воздуха в цехе t_ж=20^оС определите режим течения жидкости (воздуха) в пограничном слое при х= h.

Какие режимы течения жидкости имеют место по высоте поверхности обмуровки и какова протяженность участков с этими режимами?

2. Выведите формулы (7.12) и (7.13) с учетом (7.8) – (7.10) и уравнения теплового баланса Q_экв=Q_к+т+Q_л.

3. Можно ли уравнениями (7.20) и (7.21) воспользоваться для расчетов коэффициентов теплоотдачи:

а) при омывании труб продольным потоком жидкости;

б) при расчетах теплообмена между обшивкой летящего самолета и потоком воздуха, омывающего поверхность обшивки?

4. Какие режимы и при каких условиях имеют место в случае вынужденного течения жидкости в трубах? Сравните по коэффициенту теплоотдачи ламинарный и турбулентный режимы, вязкостный и вязкостно-гравитационный режимы. Дайте обоснование ответа.

5. Запишите формулу для определения коэффициента теплоотдачи при стабилизированном турбулентном течении жидкости в трубе. Подставьте в нее значения чисел Nu=d/, Re=wd/v, Pr=v/a=(vc_p)/ и сделайте анализ зависимости

=f (d, w, , v, cp, ).

6. Сравните коэффициенты теплоотдачи при омывании трубы поперечным вынужденным потоком жидкости для угла атаки =90^о и =60^о. Во сколько раз они отличаются?

7. При каком режиме течения жидкости на теплоотдачу влияет плотность расположения труб в пучке?

Примеры решения задач

Задача № 1. Определить тепловые потери от паропровода диаметром d=200мм и длиной =20 м, проложенного в закрытом помещении с температурой воздуха t_ж=30^оС. Температура наружной стенки паропровода t_с=150^оС.

Учесть потерю теплоты излучением. Степень черноты поверхности паропровода принять ε=0,9.

Решение

Здесь имеет место теплоотдача при естественной конвекции в большом объеме. При температуре t_ж=30^оС для воздуха из табл.1 приложения имеем:

Pr_ж=0,701,

при t_с=150^оС находим Pr_с=0,683.

Температурный коэффициент объемного расширения воздуха вычисляем по формуле

Находим произведение

Так как (Gr_жd·Pr_ж)<10⁹, то средний коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению (7.7):

Сомножитель для воздуха, практически равен 1, поэтому для газов им можно пренебрегать.

Потери тепла конвекцией

излучением

Суммарные тепловые потери паропровода составляют

Q=Qк+Qл=24838 Вт.

Задача № 2. Определить плотность теплового потока, проходящего через вертикальную щель толщиной δ=10 мм, заполненную воздухом. Температура горячей поверхности t₁=180^оС, степень черноты ε₁=0,9, холодной – t₂=60^оС, ε₂=0,5.

Решение

Между поверхностями, разделенными воздушной прослойкой, теплота передается теплопроводностью, конвекцией и излучением и может быть рассчитана по формуле

где λ_экв=λ ε_к+q_л δ/(t₁-t₂).

При средней температуре воздуха из табл. 1 приложения находим

Определяем температурный коэффициент объемного расширения

и рассчитываем произведение чисел подобия

Коэффициент конвекции

Рассчитываем приведенную степень черноты поверхностей

и плотность лучистого потока

Тогда

Задача № 3. По трубке внутренним диаметром 8 мм и длиной =5м движется вода со скоростью w=1,2м/с. Температура поверхности трубки t_с=90^оС, средняя температура воды в ней =30^оС.

Определить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток, передаваемый от стенки трубки к воде.