4.5 Задачи к разделу

1. Горизонтальный трубопровод охлаждается свободным потоком воздуха. Наружный диаметр трубопровода 0,088 м, средняя температура его поверхности t_ст = 110^оС, температура воздуха вдали от паропровода t_ж = 25^оС Потери тепла излучением не учитывать.

Определить линейную плотность теплового потока.

2. Вертикальная стенка высотой 3,5 м нагревается свободным потоком воздуха. Средняя температура поверхности стенки t_ст = 10^оС. Температура воздуха вдали от стенки t_ж = 50^оС.

Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки к воздуху.

3. Горизонтальный изолированный трубопровод, по которому течет раствор, проложен в помещении с температурой 15^оС. Определить потерю холода трубопроводом, если температура наружной поверхности его равна 14^оС, длина l = 5 м, диаметр 0,3 м. Тепловое излучение не учитывать.

4. В баке с раствором хлористого Na установлен горизонтальный охлаждающий змеевик с наружным диаметром трубы 0,022 м. Температура замерзания раствора t_з = -7,5^оС, t_ст = -5^оС, средняя температура раствора t_ж= 0^оС.

Определить коэффициент теплоотдачи от раствора к поверхности змеевика для случая свободного движения раствора и плотность теплового потока.

5. В баке с раствором хлористого кальция установлен горизонтальный охлаждающий змеевик, изготовленный из труб, наружный диаметр которых 57мм. Плотность раствора хлористого кальция при температуре 15^оС, ρ_ж = 1220 кг/м³. Температура замерзания этого раствора t_з = -25,7^оС, средняя температура наружной поверхности трубы t_ст = -20^оС, температура раствора вдали от поверхности труб t_ж = -10^оС.

Определить коэффициент теплоотдачи от раствора к поверхности трубы при свободном движении раствора.

6. Определить коэффициент теплоотдачи от горизонтальной плиты шириной 1 м и длиной 3 м, если теплоотдающая поверхность обращена вниз и температура ее 125^оС, а температура воздуха вдали от плиты 15^оС.

7. Определить коэффициент теплоотдачи вертикальной стенки высотой 2 м воздуху, если средняя температура стенки t_ст = 120^оС, а температура воздуха вдали от стенки t_ж = 20^оС.

8. Горизонтальный паропровод диаметром 0,3 м и длиной 5 м имеет на поверхности температуру 230^оС. Вокруг него - воздух с температурой 30^оС. Найти потери теплоты паропроводом. Определить, во сколько раз снизятся тепловые потери, если температура поверхности паропровода уменьшится в 3 раза, а остальные условия останутся без изменений.

9. Определить потери тепла горизонтального паропровода d=0,3 м; t_с=450^оС, если вдали от него воздух имеет t_ж=50^оС.

10. Определить коэффициент теплоотдачи от горизонтальной трубы, d=60 мм, t_с=120^оС к свободному потоку мазута t_ж=20^оС физические параметры которого равны: λ_ж=0,121 Вт/(м·К); λ_с=0,106 Вт/(м·К); с_ж=1788 Дж/(кг·К), с_с=2039,1 Дж/(кг·К); ν_ж= 0,32·10^-3 м²/с; ρ=990 кг/м³.

11. Трансформаторное масло с температурой 40^оС нагревается в маслонагревателе трубами с температурой на поверхности 110^оС и наружным диаметром 30 мм. Определить тепловой поток от труб к маслу, если поверхность нагрева 15 м².

12. Определить коэффициент теплоотдачи вертикальной стенки высотой 2м воздуху, если средняя температура стенки 120^оС, а температура воздуха вдали от стенки 20^оС.

13. Определить коэффициенты теплоотдачи и удельные потери теплоты с двух горизонтально расположенных паропроводов диаметром 200 мм и 100 мм, если температуры их стенок одинаковы и равны 310^оС, а температура воздуха вдали от паропроводов 26^оС.

14. В узкой щели между стенками, имеющими на поверхности температуры 130 и 80^оС, циркулирует воздух. Воздушная прослойка в щели имеет толщину 40 мм. Найти плотность теплового потока между стенками.

15. В большом баке с водой охлаждается вертикальная пластина шириной 3 м и высотой 2 м; ее температура 90^оС. Средняя температура воды 40^оС. Найти передаваемую воде теплоту.

16. Найти потери теплоты вертикальным участком паропровода длиной 6 м за счет теплоотдачи при движении в течение 4 часов, если воздух в цехе имеет температуру 25^оС. Наружный диаметр паропровода 200 мм, средняя температура на его поверхности 190^оС.

17. Вертикальный цилиндр наружным диаметром 200 мм и длиной 4 м окружен воздухом с температурой -50^оC. Цилиндр должен иметь на внешней поверхности температуру, равную 20^оС. Какова должна быть для этих условий линейная плотность теплового потока от цилиндра?

18. Горизонтальная плита с обращенной вверх теплоотдающей поверхностью имеет размеры 600х1100 мм и нагрета до 80^оС. Вдали от плиты воздух имеет температуру 30^оС. Найти тепловой поток от плиты к окружающему воздуху.

19. Для отопления помещения требуется расход тепла 1 кДж/с от горизонтального трубопровода диаметром 25 мм. Температура поверхности нагревателя 100^oС, а воздуха в помещении 25^oС. Рассчитать необходимую длину трубопровода.

20. Проволока из нихрома диаметром 0,5 мм расположена горизонтально и нагревается электрическим током; температура проволоки не должна превышать 280^oС. Удельное электрическое сопротивление нихрома принять не зависящим от температуры и равным 10^-6 Ом∙м. Температура среды вокруг проволоки 20^oС.

Определить допустимую силу тока для проволоки в двух случаях: проволока находится в спокойном воздухе и в спокойной воде под давлением, исключающим кипение.

21. Вертикальный цилиндр наружным диаметром 100 мм и длиной 2 м окружен воздухом с температурой 50^оС. Цилиндр должен иметь на внешней поверхности температуру, равную 10^оС. Какова должна быть для этих условий линейная плотность теплового потока от цилиндра?

22. Определить температуру нагретой проволоки диаметром 1 мм, которая охлаждается при свободном движении воздуха с температурой 0^оС. По проволоке идет ток 6 А, а удельное электрическое сопротивление 1,1·10^-6 Ом м.

23. Труба диаметром 12х1 мм находится внутри другой трубы, имеющей диаметр 58х3 мм. На наружной поверхности малой трубы температура 130^оС, на внутренней поверхности большой трубы 50^оС.

Найти коэффициент теплоотдачи и плотность теплового потока через кольцевой зазор, заполненный: а) воздухом, б) водой под давлением, исключающим кипение.

24. В узкой щели между стенками, имеющими на поверхности температуры 160 и 60^оС, циркулирует воздух. Воздушная прослойка в щели имеет толщину 25 мм.

Найти плотность теплового потока между стенками.

25. В большом баке, где находится трансформаторное масло, расположены вертикально трубы длиной 1 м. Найти коэффициенты теплоотдачи для двух случаев: а) масло с температурой 20^oС нагревается от труб, имеющих температуру на поверхности 120^oС; б) масло с температурой 120^oС охлаждается на трубах, поверхность которых имеет 20^oС. Объяснить различие в результатах.

26. Нагрев олова в большой ванне осуществляется с помощью электронагревателя в виде горизонтального цилиндра с наружным диаметром 40мм и длиной 2 м.

Найти коэффициент теплоотдачи от поверхности нагревателя, имеющей температуру 500^оС, к металлу, разогретому до 300^oС. Рассчитать передаваемый тепловой поток.

27. В баке с раствором хлористого натрия установлен горизонтальный охлаждающий змеевик с наружным диаметром трубы 0,022 м. Температура замерзания раствора минус 18^оС, температура стенки минус 15^оС, средняя температура раствора минус 5С. Определить коэффициент теплоотдачи от раствора к поверхности змеевика для случая свободного движения раствора и плотность теплового потока.

28. В помещении площадью 85 м² необходимо поддерживать среднюю температуру воздуха 20С. Какой мощности электронагреватель необходимо установить, если температура поверхности пола 12С, а температура поверхности потолка 17С. Теплота теряется только через пол и потолок. Тепловое излучение не учитывать.

29. Для исследования процесса теплообмена в неограниченном объеме при свободном движении среды около вертикальной пластины создана экспериментальная установка, представляющая собой вертикальную чугунную плиту высотой 290 мм. Внутри плиты помещен электрический нагреватель. Плита состоит из рабочей и охранной частей. Наличие охранной части обеспечивает отсутствие тепловых потерь с торцов рабочей части. Во время экспериментов измеряют мощность нагревателя, температуры поверхности плиты и воздуха находящегося вдали от экспериментальной установки.

, С	20	20	20	20	20
,С	40	60	80	100	120
, Вт/м2∙К	5,6	6,7	7,4	7,9	8,5

Определить уравнение подобия, связывающие критерии подобия, характеризующие процесс.