10. Теплоотдача при кипении

10.1. Для исследования влияния давления на процесс теплообмена определить коэффициент теплоотдачи, температурный напор и температуру поверхности нагрева при пузырьковом кипении в большом объёме, если плотность теплового потока на поверхности нагрева q, и вода находится под давлением р. По результатам расчёта построить графики зависимости α=f(р); ∆t=f(р).

Вариант	q, Вт/м^2	р, МПа
а	3·10^5	0,361	1,255	2,798	5,505
б	4·10^5	0,2	1,0	2,5	5,0
в	7·10^5	0,1	0,6	1,5	3,0

10.2. На внешней поверхности трубы кипит вода при давлении р. Тепловая нагрузка q. Определить температуру t_с поверхности трубы, если: а) поверхность чистая; б) покрыта слоем накипи толщиной δ с коэффициентом теплопроводности λ.

Вариант	р, МПа	q, Вт/м^2	δ, мм	λ, Вт/(м·К)
а	2,798	256	0,5	1,163
б	1,5	650	0,75	1,5
в	7,5	100	1,0	2,1

10.3. Определить тепловую нагрузку q при кипении воды, если термопара, заделанная в дно сосуда, показывает температуру t_с. Давление окружающей среды р. Построить график зависимости q=f(t_с).

Вариант	р, МПа	tс, С
а	0,101	101	105	110	115	120
б	5	265	268	271	275	280
в	1,555	203	206	209	212	215

10.4. Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки испарителя к кипящей воде и тепловой поток при пузырьковом кипении воды в большом объёме, если температура поверхности трубки t_с, а вода находится под давлением р. Наружный диаметр трубки d_н, её длина l. Как изменится коэффициент теплоотдачи и тепловой поток, если температура поверхности повысилась до t_с1?

Вариант	tс, С	р, МПа	dн, мм	l, м	tс1, С
а	170	0,618	40	5	175
б	175	0,792	40	1,3	180
в	212	1,906	34	2	227

10.5. Определить количество сухого насыщенного пара, получаемого с поверхности нагрева F при пузырьковом кипении в большом объёме, если манометр на испарителе показывает давление р, а температурный напор составляет ∆t. Какой температурный напор необходимо обеспечить, чтобы увеличить производительность испарителя в n раз при той же площади поверхности нагрева?

Вариант	F, м^2	р, МПа	∆t, С	n
а	4	2,22	8	2,5
б	6	1,57	10	2
в	8	0,169	6	1,5

10.6. Из воды, кипящей в большом объёме при давлении р, необходимо получить G, кг/с сухого насыщенного пара. Найти необходимую для этого поверхность нагрева, если температура поверхности нагревателя t_с. Какой температурный напор необходимо обеспечить, чтобы производительность по пару увеличилась до G₁, кг/с?

Вариант	р, МПа	G, кг/с	tс, С	G1, кг/с
а	0,361	0,139	151	0,2
б	0,232	0,235	133	0,47
в	0,12	0,19	115	0,4

10.7. На поверхности провода электрокипятильника происходит пузырьковое кипение воды в большом объёме при давлении р. Диаметр провода d, а удельное электросопротивление ρ_э. Определить силу тока, пропускаемого через электрокипятильник, считая перегрев воды ∆t. Какую наибольшую силу тока можно пропустить через электрокипятильник [1, 3, 7]?

Вариант	р, МПа	d, мм	ρэ·10^6, Ом·м (марка сплава)	∆t, С
а	0,143	3	1,31 (Х23Ю5)	20
б	0,27	4	1,47 (Х27Ю51)	15
в	0,476	2	1,25 (Х15Ю5)	10

10.8. Определить силу тока, при которой на поверхности провода наступит пленочный режим кипения, если диаметр провода d, а его удельное электросопротивление ρ_э. Вода находится при температуре насыщения под давлением р.

Вариант	d, мм	ρэ·10^6, Ом·м (марка сплава)	р, МПа
а	2,5	1,16 (Х20Н80)	0,2
б	2	1,08 (Х15Н60)	0,101
в	4,5	0,99 (ХН20ЮС)	0,618

10.9. Определить плотность первого критического теплового потока от неограниченной, обращенной вверх горизонтальной пластины к воде, кипящей под давлением р и построить кривую q_кр= f(р).

Вариант	р, МПа
а	0,199	2,798	7,455	11,29	18,674
б	0,0123	0,101	0,476	1,555	3,977
в	0,101	1,003	1,908	3,977	8,002

10.10. Определить тепловую нагрузку в водяном котле при давлении р и температурном напоре ∆t=t_н–t_с. Найти также для этих условий предельные значения α_кр, q_кр, ∆t_кр.

Вариант	р, МПа	∆t, С
а	0,14	15
б	1,4	10
в	14	5

10.11. Определить коэффициент теплоотдачи при кипении воды в трубе диаметром d_нδ при скорости движения воды w. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если скорость воды возрастёт до w₁, а тепловая нагрузка q и давление воды р не изменятся? Длина трубы l.

Вариант	dнδ, мм	w, м/с	w1, м/с	q, Вт/м^2	р, МПа	l, м
а	302	0,5	2	291	5,505	3
б	382	1	2,5	355	1,003	4
в	201	1,5	3,5	192	0,313	5

10.12. Определить коэффициент теплоотдачи при движении кипящей воды в трубе диаметром d_нδ со скоростью w, если температура на внутренней поверхности воды t_с, а вода находится под давлением р. Как изменится коэффициент теплоотдачи при движении кипящей воды в трубе, если температура внутренней стенки изменится до t_с1, t_с2.

Вариант	dнδ, мм	w, м/с	tс, С	р, МПа	tс1, С	tс2, С
а	252,5	1,2	200	1,255	195	193
б	342	2,2	213	1,555	210	207
в	231,5	2,5	227	2,32	230	225

10.13. Вода под давлением р движется в трубе внутренним диаметром d_вн со скоростью w и кипит. Определить коэффициент теплоотдачи от кипящей воды к стенке трубы и температуру стенки, если плотность теплового потока, подводимого к жидкости q. Длина трубы l.

Вариант	р, МПа	dвн, мм	w, м/с	q, Вт/м^2	l, м
а	4	16	5	500	3,5
б	1,255	20	4,5	400	4,5
в	1,9	30	2,3	140	5,5

10.14. Определить плотность теплового потока на поверхности вертикальной трубы наружным диаметром d_н и длиной l, где происходит плёночный режим кипения воды [1, 7]. Давление воды р, температура стенки трубы t_с.

Вариант	dн, мм	l, м	р, МПа	tс, С
а	20	0,5	0,143	440
б	25	1,5	0,198	350
в	30	1,0	0,101	390

10.15. Найти коэффициент теплоотдачи при плёночном кипении воды [1, 7], на наружной поверхности горизонтальной трубы диаметром d_н. Температура насыщения t_н, температура поверхности t_с.

Вариант	dн, мм	tн, С	tс, С
а	10	130	370
б	14	100	500
в	17	115	325

10.16. На горизонтальной плоской поверхности происходит плёночное кипение воды при давлении р. Температура поверхности t_с. Найти коэффициент теплоотдачи от стенки к воде [1, 7].

Вариант	р, МПа	tс, С
а	0,27	470
б	0,47	410
в	0,36	380

10.17. На наружной поверхности трубы кипит вода под давлением р. Плотность теплового потока на поверхности трубы q. Определить температуру поверхности трубы: а) если поверхность чистая; б) если поверхность трубы покрыта окисной плёнкой, термическое сопротивление которой R. Принять, что за счёт шероховатости окисной плёнки коэффициент теплоотдачи на её поверхности возрастает в n раз по сравнению с кипением на чистой поверхности.

Вариант	р, МПа	q, Вт/м^2	R, К м^2/Вт	n
а	3,3	1,75 10^5	7,75	2,5
б	3,7	2,0 10^5	7,9	2,3
в	3,1	2,25 10^5	8,1	2,2