6. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах и каналах

6.1. Определить длину l_н.г начального участка гидравлической стабилизации и длину l_н.т начального участка тепловой стабилизации при ламинарном течении среды в трубе с внутренним диаметром d_вн в условиях постоянной по длине температуры стенки, если средняя массовая температура воды t_ж, скорость w. Вычислить коэффициент теплоотдачи на основном участке трубы и определить длину ĺ_н.т начального участка тепловой стабилизации для средней теплоотдачи.

Вариант	dвн, мм	tж, С	w, м/с	Среда
а	10	20	0,15	Вода
б	14	100	3	Воздух
в	17	50	1,5	Масло МС – 20

6.2. Определить длину l_н.г начального гидродинамического участка и длину l_н.т участка термической стабилизации в трубе с внутренним диаметром d_вн в условиях постоянной по длине трубы плотности теплового потока на стенке при заданном числе Рейнольдса Re и вычислить значения местного коэффициента теплоотдачи на основном участке трубы при течении со средней температурой t_ж масла, воды, воздуха.

Вариант	dвн, мм	Re	tж, С	Масло
а	10	1200	120	Трансформаторное
б	14	1000	150	МС – 20
в	20	1800	100	МК

6.3. Определить средний коэффициент теплоотдачи и падение давления при течении масла в трубе радиатора диаметром d_вн и длиной l, если температура масла на входе в трубу t_м1, средняя температура стенки t_с, скорость масла w.

Вариант	dвн, мм	l, м	tм1, С	tс , С	w, м/с	Масло
а	8	0,5	80	20	0,6	Трансформаторное
б	10	0,8	70	30	0,7	МС – 20
в	6	0,6	75	35	0,8	МК

6.4. По трубке диаметром d_вн и длиной l протекает вода со скоростью w. Определить коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды t_ж, средняя температура стенки t_с. Как изменится значение коэффициента теплоотдачи, если диаметр трубы увеличить в 2 и 3 раза, сохраняя температуры и скорости движения постоянными? Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от диаметра трубки, α₁=ƒ(d).

Вариант	dвн, мм	l, м	w, м/с	tж, С	tс , С
а	4	0,5	0,1	15	30
б	5	0,4	0,2	10	22
в	4	0,2	0,3	8	30

6.5. По трубке диаметром d_вн протекает вода со скоростью w. Определить длину трубки, если температура воды на входе t_ж1, на выходе t_ж2. Средняя температура стенки трубки t_с.

Вариант	dвн, мм	w, м/с	tж1, С	tж2, С	tс, С
а	4	0,2	50	30	20
б	4,5	0,3	12	20	40
в	5	0,25	4	12	30

6.6. Какой длины необходимо выполнить трубы вертикального теплообменного аппарата, в котором вода должна нагреваться (охлаждаться) от температуры t_ж1 до температуры t_ж2, если диаметр труб, по которым движется вода d_вн, средняя температура стенок труб t_с и расход воды через каждую трубу G? Как изменится длина труб и коэффициент теплоотдачи, если трубы теплообменника расположить горизонтально?

Вариант	tж1, С	tж2, С	dвн, мм	tс, С	G, кг/с	Направление движения воды
а	10	30	10	50	0,02	Сверху вниз
б	60	30	12	25	0,01	Снизу вверх
в	15	35	15	40	0,015	Сверху вниз

6.7. По трубкам вертикального теплообменника течет вода со скоростью w. Теплообменник имеет N труб, внутренний диаметр которых d_вн и длина l. Температура воды на входе t_ж1. Определить температуру воды на выходе из теплообменника, если средняя температура стенки труб t_с. Как изменится количество передаваемой теплоты и температура воды на выходе из теплообменника, если теплообменник расположить горизонтально?

Вариант	w, м/с	N	dвн, мм	l, м	tж1, С	tс, С	Направление движения воды
а	0,15	30	12	1,2	70	40	Снизу вверх
б	0,3	18	8	1	20	70	Снизу вверх
в	0,1	36	10	1,3	10	60	Снизу вверх

6.8. В теплообменном устройстве вода должна отводить теплоту Q. Вода движется по прямой трубе внутренним диаметром d_вн. Температура внутренней поверхности трубы t_с поддерживается постоянной. Расход воды G, а её температура на входе в трубу t_ж1. Определить необходимую длину трубы. Как изменится длина трубы, если расход воды уменьшить в n раз?

Вариант	Q, кВт	dвн, мм	G, кг/с	tс, С	tж1, С	n
а	1,31	8	0,0625	50	10	3
б	1,22	10	0,0585	40	20	2
в	2,09	12	0,1	30	5	1,5

6.9. Определить коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты при течении воды в трубе диаметром d_вн и длиной l, если расход воды составляет G. Средняя температура воды t_ж, температура стенки трубы t_с. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если расход воды увеличится в 2 и 3 раза? Построить графики зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости, α=ƒ(w).

Вариант	dвн, мм	l, м	G, кг/с	tж, С	tс, С
а	8	0,36	0,04	50	30
б	21	5,4	0,3	200	250
в	18	2,0	0,11	30	70

6.10. Определить интенсивность теплоотдачи от внутренней поверхности труб нагревателя к воздуху, движущемуся в трубах со скоростью w. Температура воздуха на входе t_ж1, а на выходе t_ж2. Внутренний диаметр труб d_вн. Температура внутренней поверхности труб t_с. Считать, что статическое давление воздуха в трубе равно 0,1 МПа. Во сколько раз изменится коэффициент теплоотдачи, если воздух заменить водой, протекающей со скоростью w_в при давлении, исключающее кипение воды?

Вариант	w, м/с	tж1, С	tж2, С	dвн, мм	tс, С	wв, м/с
а	50	10	90	20	120	5
б	5	100	140	56	200	0,5
в	10	30	80	50	150	1

6.11. По трубке с внутренним диаметром d_вн, длиной l>50d протекает вода со скоростью w. С наружной стороны трубка обогревается так, что температура её внутренней поверхности t_с. Вода нагревается от t_ж1 на входе до t_ж2 на выходе из трубки. Определить коэффициент теплоотдачи. Как изменится коэффициент теплоотдачи и коэффициент сопротивления трения, если диаметр трубы увеличить в 2 и 3 раза, сохраняя температуры и скорости движения постоянными? Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от диаметра трубки, α=ƒ(d).

Вариант	dвн, мм	w, м/с	tж1, С	tж2, С	tс, С
а	8	1,2	25	45	90
б	12	0,6	165	215	200
в	17	0,45	30	50	60

6.12. Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки конденсатора паротурбинной установки к охлаждающей воде, количество передаваемой теплоты и длину трубки, если средняя по длине температура стенки t_с, внутренний диаметр d_вн, температура воды на входе и выходе из трубки t_ж1 и t_ж2 и средняя скорость воды w.

Вариант	dвн, мм	w, м/с	tж1, С	tж2, С	tс, С
а	16	1,5	12	18	28
б	25	1,9	17	23	40
в	17	2,0	15	25	35

6.13. Теплообменное устройство типа «труба в трубе» имеет внутреннюю трубу диаметром d_нδ. Внутри трубы должна протекать охлаждающая среда, которая должна отвести Q теплоты от стенки трубы, имеющую температуру t_с. Охлаждающая среда имеет на входе температуру t_ж1. Определить поверхность охлаждения, если в качестве охлаждающей среды применимы: вода (скорость движения w_ж); масло (w_ж); воздух (w_в).

Вариант	dнδ, мм	Q, кВт	tс, С	tж1, С	wж, м/с	wв, м/с	Масло
а	574	3,6	80	20	0,6	31,4	Трансформаторное
б	383,5	0,8	100	30	0,5	15	МК
в	484	2,3	130	20	0,4	20	МС – 20

6.14. Теплообменное устройство предполагается выполнить из прямых труб диаметром d_нδ. Внутри труб должна протекать охлаждающая среда, которая должна отвести Q теплоты от стенок труб, имеющих температуру t_с. Охлаждающая среда имеет среднюю температуру t_ж1. Определить поверхность охлаждения, если в качестве охлаждающей среды применимы: вода (скорость движения w_ж); трансформаторное масло (w_ж); воздух (w_в). При расчёте принять l>50d.

Вариант	dнδ, мм	Q, кВт	tс, С	tж1, С	wж, м/с	wв, м/с
а	202	350	120	60	1,0	10
б	252,5	300	100	50	1,5	15
в	171,5	250	80	40	2,0	20

6.15. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи и количество передаваемой теплоты при течении воды в трубе диаметром d_вн и длиной l со скоростью w, если средняя температура воды t_ж, а температура стенки t_с. Как изменяется среднее значение коэффициента теплоотдачи и количество переданной теплоты, если трубу изогнуть в виде змеевика диаметром D?

Вариант	dвн, мм	l, м	w, м/с	tж, С	tс, С	D, мм
а	40	3	1	80	65	350
б	12	2,5	0,5	30	65	160
в	18	2	0,7	55	30	500

6.16. По индукционной катушке радиоэлектронного устройства, выполненного в виде змеевика из трубки с внутренним диаметром d_вн, протекает охлаждающая вода со скоростью w. Определить температуру воды на выходе из трубки змеевика, если температура воды на входе t_ж1. Средняя температура стенки t_с. Число витков N, диаметр витков D.

Вариант	dвн, мм	N	w, м/с	tж1, С	tс, С	D, мм
а	20	3	0,4	16	70	250
б	24	4,8	0,3	5	80	300
в	8	5,3	0,5	10	75	100

6.17. Масло должно быть охлаждено от температуры t_ж1 до температуры t_ж2 в спиральном охладителе с радиусом витка R. Трубка охладителя имеет среднюю температуру на внутренней стенке t_с и при диаметре d_нδ пропускает G кг масла в секунду. Определить необходимую длину спирали и количество витков.

Вариант	tж1, С	tж2, С	R, мм	tс, С	dнδ, мм	G, кг/с	Марка масла
а	100	60	200	50	463	0,33	Трансформаторное
б	90	50	300	40	252	0,2	МС – 20
в	80	60	250	30	121	0,033	МК

6.18. Воздух протекает по коробу квадратного сечения со стороной А, со скоростью w и имеет среднюю температуру t_ж. Определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к внешней поверхности труб, расположенных внутри короба в коридорном порядке. Наружный диаметр труб d_н, длина l, количество труб N, расстояние между осями труб S₁=S₂.

Вариант	А, мм	w, м/с	tж, С	dн, мм	l, м	N	S1, мм
а	500	18	600	75	4	9	150
б	500	11	500	50	3	16	100
в	350	15	400	37	2	16	75

6.19. Обмотка электрогенератора выполнена в виде медной шины сечением АВ и длиной 1 м. При прохождении тока в шине мощность внутренних источников теплоты q_v. Внутри шины имеется канал прямоугольного сечения аb, по которому движется охлаждающий воздух со скоростью w. Температура воздуха на входе в канал t_ж1, давление р. Определить коэффициент теплоотдачи от шины к воздуху в канале и среднюю температуру стенки канала, считая, что вся теплота от шины отводится воздухом.

Вариант	АВ, мм	qv, МВт/м^3	аb, мм	w, м/с	tж1, С	р, МПа
а	2010	1	105	50	40	0,3
б	2510	1,25	155	40	30	0,35
в	1515	0,8	77	30	20	0,4

6.20. По каналу квадратного сечения со стороной А и длиной L движется среда со скоростью w. Определить количество теплоты, передаваемое среде стенкой канала, если средняя температура среды t_ж, а температура внутренней поверхности канала t_с. Как изменятся коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты, если канал квадратного сечения заменить щелевым с соотношением сторон 1:n? При этом площадь поперечного сечения канала оставить неизменной.

Вариант	А, мм	L, мм	w, м/с	tж, С	tс, С	n	Среда
а	300	3	12	150	500	9	Воздух
б	12	1,5	1	50	90	4	Вода
в	50	3	8	150	300	6,25	Воздух

6.21. По щелевому каналу сечением АВ, длиной L протекает вода со скоростью w. Определить коэффициент теплоотдачи и количество переданной теплоты от стенки канала к воде, если средняя температура по длине канала t_ж, а средняя разность температур между стенкой и водой Δt . Как изменится количество передаваемой теплоты, если поменять направление теплового потока?

Вариант	АВ	L, м	w, м/с	tж, С	Δt, С
а	390	3	2	50	10
б	480	0,3	1,5	75	20
в	570	1,5	0,5	40	30