Galagan_teploteh (1)

количестве G= 0,11 кг/с при атмосферном давлении? Поправку на число рядов не учитывать (εz = 1).

16. Какую минимальную тепловую мощность W, кВт, должен иметь встроенный в цистерну подогреватель нефтепродукта, чтобы обеспечить среднюю температуру поверхности цистерны tст = 40°С? Котел цистерны диаметром d= 2,8 м, имеющий расчетную площадь поверхности F= 100 м2, расположен горизонтально и защищен от ветра. Температура воздуха tн = 0°С. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи от поверхности цистерны воспользоваться критериальной формулой для расчета теплообмена около горизонтальной трубы в условиях естественной конвекции.

17.По голым алюминиевым проводам сечением 50 мм2 воздушной линии электропередачи течет ток I = 210 А. Какую температуру будет иметь поверхность провода при температуре воздуха tв = 5°С? Скорость ветра w = 6 м/с, направление поперечное. Каждый провод можно считать одиночным цилиндром, теплоотдачу излучением не учитывать. Активное электрическое сопротивление провода r= 0,64 Ом/км.

18.Определить температуру поверхности нихромовой трубки электрического нагревателя наружным диаметром d = 10 мм и толщиной стенки = 1 мм, когда по ней проходит ток I = 55 А. Трубка расположена горизонтально и охлаждается в условиях свободной конвекции воздухом с температурой tB = 10°С. Теплоотдачу излучением не учитывать. Удельное электрическое сопротивление нихрома = 1,1 Ом-мм2/м считать постоянным.

19.Определить среднюю температуру поверхности алюминиевой шины прямоугольного сечения 100x3 мм, установленной вертикально и охлаждаемой свободным потоком воздуха с температурой tж = 10oС, если по ней течет ток I = 1200 А. Удельное электрическое сопротивление материала шины = 0,03 Ом-мм2/м. Теп-

91

лообмен излучением не учитывать, коэффициент теплоотдачи от узких сторон сечения считать таким же, как и от боковых сторон шины.

20. По трубке диаметром d=10 мм течет трансформаторное масло. Расход масла G = 90 г/с, температура на выходе t'ж =85°С, температура стенки трубки tcn = 204°С постоянна. Какой должна быть длина трубки, чтобы температура масла на выходе равнялась t ж = 175°С?

21.Определить средний коэффициент теплоотдачи от воздуха, продольно обтекающего тонкую пластину длиной L = 1 м, температура поверхности которой tст= 100°С. Температура набегающего потока воздуха to = – 15°С, скорость wo = 2,5 м/с, давление p= 0,1 МПа. Каковы толщина гидродинамического пограничного слоя и местный коэффициент теплоотдачи на расстоянии 0,5 м от передней кромки пластины?

22.Над горизонтальной поверхностью воды, имеющей форму прямоугольника размером 0,15x1 м, в поперечном направлении движется воздух со скоростью w = 2,5 м/с. Температура воды на поверхности tmw = 30°С, температура вдали от поверхности воды 20°С, относительная влажность = 40%. Барометрическое давление pбар = 750 мм рт. ст. Определить количество воды, испарившейся за час.

23.Определить температуру поверхности воды tnw, прогреваемой потоком сухого воздуха с температурой t = 40°С, если коэффициент теплоотдачи от воздуха к воде = 90 Вт/(м2∙К). На

основании аналогии тепло- и массообмена найти количество воды, которое испаряется за час с F = 2 м2, поверхности, приняв коэффициент диффузии водяного пара в воздух D = 0,3 10 - 4 м2/с, теплоту

92

парообразования r= 2400 кДж/кг, коэффициент теплопроводности воздуха = 0,027 Вт/(м-К).

24. Для	отопления помещения требуется расход тепла
Q = 1 кДж/с	от теплообменника, выполненного из горизонтальных

труб с наружным диаметром d = 25 мм. Температура поверхности нагревателя tс = 65 °С, а воздуха в помещении t=25 °С. Рассчитать необходимую длину горизонтальных труб.

25.Два горизонтальных паропровода одинаковой длины в спокойном воздухе с t= 50 °C имеют температуру поверхности соответственно tс1 = 450 °С и tс2 = 200 °C. Во сколько раз различаются тепловые потери с поверхности паропроводов, если отношение их диаметров равно d1/d2 = 3.

26.Сушильная камера обогревается сухим насыщенным водя-

ным паром, подаваемым под давлением p = 1,43 105 Па в горизонтальные трубы наружным диаметром d = 30 мм и длиной l = 1,5 м. Определить количество труб, необходимых для поддержания в камере температуры воздуха t = 80 °С, если известно, что расход пара, отпускаемого на обогрев, составляет G = 1,89 кг/ч. Указание. Термическими сопротивлениями от пара к внутренней поверхности трубы и теплопроводности в стенке трубы пренебречь.

27. Оголенный горизонтально расположенный электропровод диаметром d = 2 мм имеет на поверхности температуру tc = 100 °C. Температура окружающего воздуха равна t = 20 °С. Оценить коэффициент теплоотдачи с поверхности электропровода, если его покрыть фторопластовой изоляцией толщиной δиз = 1 мм с λиз = 0,247 Вт/(м К). Определить также, какой станет температура поверхности провода под слоем изоляции, если известно, что сила тока в проводе не изменилась.

93

28.Вычислить среднюю плотность теплового потока на боковой поверхности вагона-холодильника при движении поезда со скоростью w = 80 км/ч, если известно, что температура наружного воздуха t = 25 °C, температура внутренней поверхности стенки ва-

гона tc = 0 °С. Принять термическое сопротивление теплопроводности стенки вагона / =0,3 м2 К/Вт, а длину стенки вагона l = 10

м.

29.По круглой вертикальной трубе, выполненной из меди и имеющей размеры d2 / d1 = 100/90 мм и l = 1 м, прокачивают горячую воду с t = 90 °С. На наружной поверхности трубы равномерно установлено 10 продольных ребер прямоугольного сечения. Толщина ребер δ = 3 мм, длина l = 50 мм. Оценить тепловой поток с оребренной поверхности трубы к окружающему воздуху (t = 20 °С) для двух случаев: а) окружающий трубу воздух находится в спокойном состоянии; б) оребренная труба обдувается в продольном направлении вентилятором, w = 7 м/с.

30.Плоская пластина омывается турбулентным потоком воды

с t = 50 °С. Средняя температура поверхности пластины t = 70 °С. Как изменится коэффициент теплоотдачи и чему будет равна температура поверхности в случае изменения направления теплового потока (т.е. в случае охлаждения потока воды), если зависимость вязкости от температуры для воды приближенно может быть при-

нята μ = 0,0125 t 0,8 Па с.

31. Пластина длиной l = 1,5 м продольно обтекается потоком воздуха (w = 50 м/с, t = 8 °С, p = 0,202 МПа). Из-за наличия перед ней турбулизирующей решетки течение в пограничном слое турбулентное. Температура пластины tc = 12 °С. Найдите средний коэффициент теплоотдачи, а также толщины пограничного слоя и вязкого подслоя на задней кромке пластины.

94

32. Нагретая пластина длиной l = 2 м продольно омывается потоком воды. Скорость воды w = 0,5 м/с, и ее температура t= 180 °С. Постройте графики распределения теплоотдачи от поверхности пластины к воде для двух случаев: а) малая степень турбулентности потока воды (ε ≈ 0,08 %); б) большая степень турбулентности (ε ≈ 0,3 %). Найдите также — средний коэффициент теплоотдачи. Считайте, что разность температур пластины и воды мала, в расчете теплоотдачи изменением физических свойств воды

сизменением температуры можно пренебречь.

33.Ртутный термометр для измерения температуры потока воздуха, движущегося в трубе со скоростью w = 5 м/с, расположен под углом = 60° к направлению потока. Среднемассовая темпера-

тура воздуха в трубе t= 100 °С, температура	термометра в мес-
те, где он проходит через стенку трубы,	t0 = 60 °С. Наружный

диаметр термометра d = 5 мм, толщина стенок стеклянной колбы δ = 1 мм. Оценить погрешность в показаниях термометра за счет отвода теплоты вдоль его стенок, если длина погруженной части термометра в поток l = 50 мм. Определить положение термометра по отношению к потоку (глубину погружения и угол наклона), при котором величина погрешности не будет превышать 0,5 %.

34. Электропровод из алюминия диаметром d = 4 мм и длиной l = 0,7 м, ρэл = 2,66 10 –8 Ом м, по которому пропускается ток I = 100 А, обдувается потоком воздуха с w = 6 м/c и t = 20 °C. Определить среднюю по длине температуру электропровода для двух случаев: а) провод обдувается в поперечном направлении; б) провод обдувается в продольном направлении.

35. Электронагреватель в виде трубы диаметром d = 15 мм и длиной l = 1 м обдувается поперечным потоком воздуха, температура которого t = 20 °C. Определить скорость движения воздуха,

95

если известно, что мощность нагревателя Q = 523,4 Вт, а температура стенки не должна превышать 150 °С.

36.В теплообменнике «газ — газ» разреженный пучок труб омывается дымовыми газами. Температура набегающего потока tж1

=800 °С, а скорость w = 15 м/с. Для газов, протекающих внутри труб, tж2 = 300 °С и α2 = 90 Вт/(м2 К). Трубы диаметром и толщиной стенки d2×δ = 32×5 мм изготовлены из стали 12Х1МФ, допустимая рабочая температура которой 550 °С. Найдите среднюю температуру наружной поверхности трубы и температуру в первой критической (лобовой) точке и сопоставьте найденные значения с допустимой рабочей температурой стали.

37.Вертикальная труба d = 100 мм и высотой h = 0,5 м находится в спокойном воздухе с t = 20 °С. Температура стенки трубы t c = 120 °С. Определить скорость вынужденного движения воздуха вдоль поверхности трубы, если известно, что при вынужденном продольном омывании трубы тепловой поток с поверхности остается таким же, как и в случае свободной конвекции.

38.Труба наружным диаметром d = 20 мм обтекается поперечным потоком горячего трансформаторного масла с температурой t = 100 °C и скоростью w= 1 м/с. Плотность теплового потока

на поверхности трубы поддерживается равной q = 7000 Вт/м2 и направлена от масла к стенке. Под каким углом к поверхности трубы следует направить поток масла, чтобы температура поверхности понизилась на 3 °С?

39. Найти соотношение между средними коэффициентами теплоотдачи для третьего ряда труб по ходу воздуха двух воздухоподогревателей, конструктивно выполненных в виде трубных пучков: а) с шахматным расположением труб; б) с коридорным расположением труб. Оба пучка обтекаются поперечным потоком воздуха с

96

одинаковой средней температурой и скоростью в узком сечении пучка. Диаметры труб в обоих пучках одинаковы, шаги труб в пучках также одинаковы, причем s1 > s2.

40. Радиатор охлаждения автомобиля выполнен в виде двухрядного коридорного пучка, скомпонованного из латунных трубок с шагами s1 = s2 = 1,5d. Диаметр трубок d = 5×0,25 мм и длина l = 0,4 м. Количество трубок в каждом ряду равно 40. До какой температуры охлаждается рабочая жидкость (вода) в радиаторе, если известно, что скорость автомобиля w = 100 км/ч, а температура воды на входе в радиатор tж1 = 100 °С. Скорость движения воды в трубках wвод = 0,1 м/с. Температура окружающего воздуха tвоз = 20 °С.

41.-51. Вариант задачи определяется так: 0 это 50, 1 это 41

и 51, 2 это 42 , и т.д.

Внутри стальной трубы длиной l = 5 м, наружный диаметр которой dнар и толщина стенки δст, движется трансформаторное масло с температурой tж1. Труба расположена в помещении с температурой tж2. Коэффициент теплоотдачи от масла к внутренней поверхности трубы α1, от поверхности трубы к воздуху, находящемуся в помещении, α2. Обосновать целесообразность применения тепловой изоляции из бетона толщиной δб для уменьшения теплопотерь от трубы (используя понятие о критическом диаметре изоляции).

Определить тепловой поток, линейную плотность теплового потока и линейный коэффициент теплопередачи через трубу без бетона и при его наличии. Найти для заданных условий максимальное значение коэффициента теплопроводности изоляции, накладываемой на трубу с целью уменьшения тепловых потерь от трубопровода.

Коэффициенты теплопроводности стали λст= 45 Вт/(м К), бе-

тона λб= 1,3 Вт/(м К).

Задание к задачам №41-51

Таблица 7

97

52-62. Вариант задачи определяется так: 0 это 60, 1 это, 2 это

52 и 62, 3 это 53, и т.д.

В нагревателе моторное масло со скоростью W движется внутри труб, диаметр которых dнар x δ. Средняя температура масла tж, температура поверхности труб теплообменника tст, внутренняя поверхность труб аппарата F.

Рассчитать коэффициент теплоотдачи при движении моторного масла внутри труб теплообменного аппарата.

Определить количество теплоты, которое передается от внутренней поверхности трубы к маслу в единицу времени. Теплофизические свойства моторного масла приведены ниже.

Таблица – задание к задачам 52-62

98

99

Контрольная работа №7 по разделу «ТЕПЛООБМЕН

ИЗЛУЧЕНИЕМ» И «ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ»

Задание на контрольную работу № 7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Номера вопросов соответствуют номерам вариантов. Для варианта 31 номер вопроса 1, т.е. в промежутке от 31 до 60, от номера варианта необходимо отнять 30. Для варианта 61 номер вопроса 1, т.е. в промежутке от 61 до 90, от номера варианта необходимо отнять 60.. Соответственно , номер вопроса 91 варианта так же 1, т.е. в промежутке от 91 до 100, от номера варианта необходимо отнять 90.

1.Что такое эффективное и результирующее излучение? 2.Какую зависимость устанавливает закон Планка? Каким об-

разом, используя этот закон, можно установить закон смещения Вина и закон Стефана-Больцмана?

3.Сформулируйте закон Ламберта. Какова связь между угловой плотностью потока излучения в направлении нормали к поверхности и плотностью потока полусферического излучения?

4.Что такое радиационная температура? Как она определяется?

5.Укажите способы интенсификации и способы ослабления теплообмена излучением.

6.Что такое приведенная степень черноты и приведенный коэффициент излучения системы тел?

7. В чем особенности переноса лучистой энергии в поглощающей среде? Сформулируйте закон Бугера.

8.В чем особенности излучения газов и паров? Как определяется степень черноты газообразных продуктов сгорания топлива?

100