3.Опишите назначение теории подобия применительно к задачам конвективного теплообмена.

Теория подобия основана на трех теоремах подобия, которая устанавливает существование некоторых критериев подобия, определяемым из которых является критерий Нуссельта .

Назначение теории подобия – решить задачу теплообмена без решения дифференциальных уравнений.

Критериальным уравнением называется степенной полином следующего вида

Nu=C Reⁿ Gr^k …

Где Nu - число Нуссельта, Re - число Рейнольдса , Gr - число Грасгофа, Pr - число Прандтля и т.д.

С, n, k - константы критериального уравнения, которые находятся экспериментальным путем.

В результате решения критериального уравнения находят число Нуссельта, а затем коэффициент теплоотдачи  , который входит в уравнение Ньютона-Рихмана, что позволяет найти тепловой поток.

4.Опишите известные Вам виды теплообменных аппаратов.

Теплообменные аппараты класифицируютс по нескольким признакам.

!. По принципу действия различают

- рекуперативные ТОА, в которых гарячее и холодное рабочие тела разделены массонепроницаемой перегородкой, которая называетс поверхностью теплообмена. Примеры – радиатор автомобиля, кондиционера, холодильника, радиаторы отопления и др.

- регенеративные, в которых поверхность теплообмена периодически омывается гарячей и холодной средой. Примеры – кладка домашней печи, регенеративные подогреватели газа и т.д.

- смесители, в которых горячая и холодная среды перемешиваются и в результате образуется среда с промежуточной температурой.

2. По характеру движения рабочих тел различают:

- прямоточные ТОА, в которых обе среды омывают поверхность теплообмена в одном направлении,

- противоточные – то же ,но в разных направлениях,

- перекрестноточные - рабочие тела движутся в разных плоскостях, например в радиаторе автомобиля.

3.По технологическому назначению различиют - паровые бойлеры, которые нагревают воду за счет конденсации водяного пара,

выпарные аппараты – предназначены для сгущения продукта, маслоохладители, конденсаторы и т.д.

5.Понятие трубного пучка, его назначение и свойства.

Трубный пучок – группа поперечнообтекаемых труб, которые предназначены для увеличения поверхности теплообмена. Различают две основные компоновки трубных пучков – коридорная и шахматная. Эти компоновки отличаются эффективностью передачи теплоты от потока к стенкам трубок и гидравлическим сопролтивлением. Примеры – трубный пучок радиатора автомобиля, пароперегреватели тепловых станций, радиаторы кондиционеров и др.

6.Режимы течения при вынужденной конвекции. Их влияние на процесс расчета.

Вынужденная конвекция возниквет при наличии двух условий. 1 – существует разность температур между текучей средой и твердой стенкой,

2 – существует принудительное движение текучей среды, которое возникает например под воздействием насоса или компрессора. Целью расчета данного процесса является нахождение коэффициента теплоотдачи, теплового потока, температуры стенки, температуры текучей среды на выходе из канала. Данная задача решается путем совметного использования уравнения энергобаланса и теплоотдачи.

Существует три основных режима течения – ламинарный, переходный и турбулентный. Выбо того или иного режима осуществляется с помощью числа Рейнольдса , которое должно находиться в определенных пределах.

Если Re < 2300 – режим ламинарный. Если Re > 10000, режим турбулентный. Если 2300 < Re < 10000, режим переходный.

В зависимости от режима течения выбираются различные критериальные уравнения для расчета теплоотдачи, а также уравнения для расчета гидравлического сопротивления.

7. Опишите понятия коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопередачи. Как они обозначаются и определяются.

Коэффциент теплоотдачи  характеризует интенсивность теплообмена между стенкой и текучей средой. Размерность коэффицинета - Вт/(м²К). . Коэффициент расчитывается по критериальным уравнениям теолрии подобия.

Коэффицинт теплопередачи к характеризует процесс теплопередачи, т.е. теплоперенос междк разнонагретыми текучими средами через массонепроницаемую перегородку. Коэффициент к обычно вычисляется по формуле =Ф/ F Tср. Где Tср – средний температурный напор между средами.

ЗАДАЧА 2

Стїнка холодильної камери виконана з коркової плити товщиною ₁ = 100 мм і обшита по обидва боки сосновими дошками товщиною ₂ = 15 мм кожна. На зовнішніх поверхнях дощок температури відповідно t_w1 = 20 ⁰C і t_w4 = -12 ⁰C. Теплопровідність матеріалу дощок

₁ = 0,151 Вт/(м•K)/

1.Розрахувати і зобразити температурне поле в стінці камери.

2. Визначити втрати теплоти з 1 м² поверхні камери.

Решение

Температурное плоле в плоской стенке имеет вид падающей ломаной линии и приведен на рисунке.

Из таблиц находим теплопроводность пробки, которая равна w = 0,007Вт/(м.К).

Плотность теплового потока найдем по формуле для трехслойной плоской стенки

Температуры на границах различных слоем определим из уравнений

Точка с температурой t_w = 0 ⁰С находится между t_w1 и t_w2 .

Из подобия треугольников для температурного поля X_tw=0 = 0,015 + x ,

Тогда найдем x из уравнения

Откуда X_tw=0 = 0,015 + 0,062 = 0,072 м

ЗАДАЧА 5.

У трубі, що покрита тепловою ізоляцією, кипить вода при температурі t_f1 = 150 ⁰C з коефіцієнтом тепловіддачі ₁ = 800 Вт/(м²•K), зовні повітря має температуру t_f2 = 20 ⁰C і коефіцієнт тепловіддачі ₂ = 12 Вт/(м²•K). Втрати теплоти з одиниці довжини труби не перевищують 100 Вт/м. Внутрішній діаметр труби d = 12 мм, товщина стінки труби ₁ = 2 мм, теплопровідність матеріалу труби  = 15 Вт/(м•K), теплопровідність ізоляції  = 0,26 Вт/(м•K). Температура на зовнішній поверхні шаруючи ізоляції t_w3 = 60 ⁰C.

1. Розрахувати і зобразити температурне поле по перетині труби.

2. Визначити товщину шару ізоляції.

Потери теплоты с 1 погонного метра равны

Где d₂ = d₁ + 2 ₁ , d₃ = d₂ + 2 _из

Неизвесная величина _из из входит в диаметр d₃ .

Преобразуем данное уравнение к виду

Поджставляя в данное уравнение известные величины можно найти, что

Решая последнее уравнение графически, можно найти, что d₃ =79 мм.

Откуда из = 32 мм

Найдем температуры на границах слоев

Температура наружной поверхности изоляции равна t_w3

ЗАДАЧА 10

Пластина охолоджується в камері від початкової температури t₀ = 35 °С . Температура повітря в камері t_f = - 2 °С, коефіцієнт тепловіддачі  = 24 Вт/(м•К). Теплофізичні властивості пластини прийняти такими:  = 0,47 Вт/(м•К), а = 0,125•10^-6 м²/с. Охолодження вважати закінченим при досягненні на поверхні пластини температури t₁= -1 °С. Товщину пластини прийняти рівної 2 = 0,025 м, довжину l = 2 м, ширину b = 1м.

Визначити: 1.Час охолодження пластини.