Методические указания.

При изучении этой темы студент должен прежде всего уяснить принципиальное отличие теплообмена излучением от теплообмена теплопроводностью и конвекцией. В процессе теплообмена изучением осуществляется двойное превращение энергии – сначала тепловой энергии в энергию электромагнитного излучения, а затем энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию. Поскольку тела поглощают лишь часть энергии электромагнитного излучения частично отражая или пропуская ее через себя, основным вопросом при исследовании теплообмена излучением является вопрос о количественном соотношении между отраженной, поглощенной и пропущенной через тело энергиями. Действительно, при защите объектов от лучистой энергии на пути распространения ее нужно ставить экраны, максимально отражающие лучистую энергию. Наоборот, при необходимости получения максимального количества тепловой энергии за счет лучистой нужно телу, воспринимающему лучистую энергию, придать такие свойства, чтобы оно поглощало максимум ее (покрытие поверхности тела краской, шероховатость поверхности тела). И, наконец, если требуется, чтобы максимум лучистой энергии пропускался через стенку (например, свет), то выбирается стенка с соответствующими свойствами. Основные законы излучения и экспериментальные данные свойств отдельных тел позволяют решать конкретные задачи, связанные с лучистым теплообменом. Поэтому студенту необходимо четко усвоить законы Планка, Вина, Кирхгофа, Стефана-Больцмана, методику расчета и границы ее применения. Так как в практике, как правило, участвуют все виды теплообмена (теплопроводность, конвекция и излучение) совместно, то студент при решении тех или иных задач должен четко представлять себе: а)все ли виды теплообмена имеются в рассматриваемом случае? б) какой из видов теплообмена является преобладающим по сравнению с другими? в) можно ли пренебречь каким-либо видом теплообмена с целью упрощения задачи без привнесения больших погрешностей.

Теплопередача в теплообменниках.

Основные классические схемы движения теплоносителей и их диаграммы теплообмена. Теплоносители и их основные характеристики. Уравнения для теплового потока и средней разности температур любой схемы теплообмена, сложный теплообмен. Методы интенсификации теплопередачи. Классификация схем теплообменных аппаратов. Конструктивный расчет теплообменного аппарата. Поверочный расчет теплообменного аппарата. Гидродинамический расчет теплообменного аппарата.

Список литературы

1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.,1973.

2. Исаченко В.П., Осипова В.А. Теплопередача. М., 1975.

3. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М., 1975.

Контрольная работа

Задача 1. Плоская стальная стенка толщиной _ (_ = 40 Вт/м К) с одной стороны омывается газами; при этом коэффициент теплоотдачи равен _. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной _

(_ = 0 ,15 Вт/м К). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен _.Определить тепловой поток q, Вт/м² и температуры t₁, t₂ и t₃ поверхностей стенок, если температура продуктов сгорания равна t_г, а воздуха – t_в. Данные для решения задачи выбрать из табл.1.

Таблица 1.

Последняя цифра шифра	 мм	 Вт/(м2К)	t1, оС	Предпос- ледняя цифра шифра	 мм	 Вт/(м2К)	t2, оС
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	5 6 7 8 9 10 6 5 3 4	35 45 40 30 35 25 42 30 34 38	350 400 370 350 330 300 380 320 400 280	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	10 12 14 16 18 20 22 24 26 28	5 6 7 8 9 10 9 8 6 5	30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -20

Задача 2. Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру t_в, давление 1 МПа и скорость . Определить коэффициент теплоотдачи _от трубы к воздуху, а также удельный тепловой поток, отнесенный к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы d₁. толщина ее и теплопроводность  = 20 Вт/мК. Снаружи труба омывается горячими газами. Температура и коэффициент теплоотдачи горячих газов, омывающих трубу, соответственно равны t_г и _. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.2.

Таблица 2.

Последняя цифра шифра	tг, оС	 Вт/(м2К)	, м/с	Предпос- ледняя цифра шифра	tв, оС	d, мм	 мм
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	500 550 600 650 700 750 800 780 740 520	20 20 40 50 40 60 50 40 30 20	10 9 6 8 10 12 14 16 18 20	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	150 200 180 100 150 200 250 200 150 100	5 6 7 8 9 10 9 8 6 5	30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -20

Задача 3. Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы t_c, температура воздуха в помещении и ее стен t_в, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы = 0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.3.

Указание: для определения коэффициента теплоотдачи воспользоваться таблицей приложения.

Таблица 3.

Послед- няя цифра шифра	d, мм	Пред- послед- няя цифра шифра	tс, оС	tв, оС	Послед- няя цифра шифра	d, мм	Пред- послед- няя цифра шифра	tс, оС	tв, оС
0 1 2 3 4	220 230 210 240 250	0 1 2 3 4	150 140 130 120 110	15 20 25 35 25	5 6 7 8 9	270 300 320 340 360	5 6 7 8 9	100 190 180 170 160	20 15 10 5 -10

Задача 4. Определить удельный лучистый тепловой поток q (Вт/м2) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t₁ и t₂ и степени черноты _и _если между ними нет экрана. Определить q при наличии экрана со степенью черноты _э обоих сторон. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.4.

Таблица 4.

Последняя цифра шифра			э	Предпос- ледняя цифра шифра	t1, оС	t2, оС
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0.5 0.55 0.6 0.52 0.58 0.62 0.7 0.65 0.75 0.8	0.6 0.52 0.7 0.72 0.74 0.54 0.58 0.62 0.73 0.77	0.04 0.045 0.05 0.02 0.03 0.025 0.032 0.055 0.06 0.045	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	200 250 300 350 400 450 500 550 600 650	30 35 25 20 40 45 50 55 60 65

Задача 5. По горизонтально расположенной трубе ( = 0,5 Вт/мК) со скоростью течет вода, имеющая температуру t_в. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого t_воз, давление 0,1 мПа. Определить коэффициенты теплоотдачи _и _соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху; коэффициент теплопередачи и тепловой поток q , отнесенный к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы d₁, толщина ее  Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.5.

Таблица 5.

Последняя цифра шифра	tв, оС	, м/с	Предпос- ледняя цифра шифра	tвоз, оС	d, мм	 мм
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	120 130 140 150 160 170 180 200 210 220	0,25 0,36 0,27 0,38 0,19 0,21 0,23 0,42 0,43 0,44	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	18 16 14 12 10 8 6 4 2 0	190 180 170 160 150 140 130 120 110 100	30 25 20 25 20 30 25 20 30 25

Указание. Задача решается методом последовательных приближений. Для определения коэффициентов теплоотдачи в первом приближении температуру внутренней поверхности трубы принять равной температуре воды, а наружной поверхности равной температуре воздуха. После определения коэффициентов теплоотдачи температура уточняется и расчет производится снова и снова до тех пор, пока температуры в итерациях не будут совпадать с точностью до 1 ^оС.

Задача 6. Определить поверхность нагрева рекуперативного газо-воздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях равен Vн, средний коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху К, начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно t_, t_ ,t_ ,t_ . Данные для решения задачи выбрать из табл.6.

Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Таблица 6.

Последняя цифра шифра	V м3/ч	 Вт/(м2К)	Предпос- ледняя цифра шифра	t1, оС	t1, оС	t2, оС	t2, оС
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000	18 19 20 21 22 23 24 25 26 27	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	600 625 650 675 700 725 750 775 800 575	400 425 450 475 500 525 550 575 600 375	20 15 25 30 10 12 18 28 32 8	300 325 350 375 400 425 450 475 500 275

Приложение.

Таблица П-1