- •Под редакцией проф. В. С. Силецкого Допущено Министерством высшего и среднего специального образования ссср в качестве учебного пособия для неэнергетических специальностей вузов
- •74 Бечгородск.;я ' областная ' библиотека
- •Предисловие к первому изданию
- •Часть первая техническая термодинамика
- •Глава I введение
- •Контрольные вопросы и примеры к I главе
- •Глава II
- •Контрольные вопросы и примеры к II главе
- •Контрольные вопросы и примеры к III главе
- •Глава IV реальные газы
- •Глава V первый закон термодинамики
- •Г л а в а VI теплоемкость газов. Энтропия
- •3 В. В. Нащокин .65
- •§ 6Т11. Тепловая Тя-диаграмма
- •Глава VII
- •CpdT vdp , dv dp
- •Контрольные вопросы и примеры к VII главе
- •Глава VIII . Второй закон термодинамики
- •Глава IX характеристические функции и термодинамические потенциалы. Равновесие систем
- •Контрольные вопросы и примеры к IX главе
- •Водяной пар,
- •_ Масса сухого насыщенного пара во влажном
- •Масса влажного пара
- •Глава XII
- •Глава XIII истечение газов и паров
- •Контрольные вопросы Ли примеры к XIII главе
- •Глава XIV
- •Глава XV влажный воздух
- •Глава XVI [ компрессоры
- •Глава XVII циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Глава XVIII
- •V Лг изоб изох'
- •Глава XIX циклы паротурбинных установок
- •Контрольные вопросы и примеры к XIX главе
- •Глава XX циклы атомных электростанций, парогазовых и магнитогидродинамических установок
- •Контрольные вопросы к XX главе
- •Глава XXI циклы холодильных установок
- •* С. Я. Г е р ш. Глубокое охлаждение. Госэнергоиздат, 1957, стр. 85.
- •Глава XXII
- •Контрольные вопросы к XXII главе
- •Глава XXIII
- •Глава XXIV теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях третьего рода, коэффициент теплопередачи
- •Глава XXV
- •2 В. В. Нащокин
- •Контрольные вопросы к XXV главе
- •Глава XXVI конвективный теплообмен
- •Физические свойства жидкостей
- •Режимы течения и пограничный слой
- •Числа подобия
- •Теореме! подобия
- •Контрольные вопросы к"XXVI главе
- •Глава XXVII
- •Контрольные вопросы и примеры к XXVII главе
- •Глава XXVIII
- •Контрольные вопросы и примерь! к XXVIII главе
- •Глав а XXIX теплообмен излучением
- •Степень черноты полного нормального излучения для различных материалов
- •Средняя длина лучей для газов, заполняющих объем различной формы
- •Контрольные вопросы и примеры к XXIX главе
- •Глава XXX теплообменные аппараты
- •1 1 ТуСру 4190
- •Глава XXXI
- •Воздух (абсолютно сухой)
- •Кдж/(моль- град)
- •Кдж/(кг-град)
- •"50. Н о з д р е в в. Ф. Курс термодинамики. «Высшая школа», 1961.
- •Глава I. Введение 5
- •Глава VII. Термодинамические процессы идеальных газов ...... 79
- •Глава VIII. Второй закон термодинамики , 95
- •Глава IX. Характеристические функции и термодинамические потен- циалы. Равновесие систем 124
- •Глава XII. Основные термодинамические процессы водяного пара . . 173 § 12-1. Общий метод исследования - термодинамических процессов
- •Глава XV. Влажный воздух . . 214
- •Глава XVII. Циклы двигателей внутреннего сгорания 235
- •Глава XVIII. Циклы газотурбинных установок и реактивных двига- телей 253
- •Глава XX. Циклы атомных электростанций, парогазовых и магнито-
- •Глава XXI. Циклы холодильных установок 299
- •Часть вторая. Теплопередача
- •Глава XXII. Основные положения теплопроводности 315
- •Глава XXIV. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях третьего рода. Коэффициент теплопередачи . . 337 § 24-1. Передача теплоты через плоскую однослойную и многослойную
- •Глава XXV. Теплопроводность при нестационарном режиме . . . 352
- •Глава XXVI. Конвективный теплообмен . . 363
- •Глава XXVII. Конвективный теплообмен в вынужденном и свобод- ном потоке жидкости 386
- •Глава XXX. Теплообменные аппараты зд7
- •Глава XXXI. Тепло- и массоперенос во влажных телах , 460
- •Владимир Васильевич Нащокин техническая термодинамика и теплопередача
Контрольные вопросы и примеры к XXVII главе
Что такое средняя температура жидкости?
Как определяется средняя температура жидкости?
Как определяется средняя скорость жидкости?
Как определяется эквивалентный диаметр для каналов некруглого сечения?
До какого числа Рейнольдса поток жидкости не может переходить из ламинарного в турбулентный режим?
Как влияет свободная конвекция на теплоотдачу при ламинарном движении жидкости?
Какие уравнения подобия рекомендуются при ламинарном движении жидкости?
* 8. Какие уравнения подобия рекомендуются при турбулентном движении жидкости?
Чем отличается теплоотдача в змеевиках?
Какие уравнения подобия рекомендуются при движении жидкости вдоль пластины?
Чем отличается процесс теплоотдачи для одиночной трубы при поперечном движении жидкости?
Какие уравнения подобия рекомендуются для одиночной трубы при поперечном движении жидкости?
Какие пучки труб применяются в технике?
Описать подробно характер омывания пучков труб при поперечном движении жидкости.
Какие уравнения подобия рекомендуются для пучков труб при поперечном движении жидкости? , .
Как определяется средний коэффициент теплоотдачи для пучка труб? /
Особенности теплоотдачи жидких металлов.
Уравнение подобия теплоотдачи для жидких металлов.
Особенности теплообмена при больших скоростях.
Что такое температура торможения?
Что характеризует число Маха?
Что . такое собственная температура?
Что называется коэффициентом восстановления?
Какими уравнениями подобия определяется теплоотдача при больших скоростях жидкости?
Описать механизм возникновения свободного потока жидкости .
Описать характерную картину свободного движения жидкости у вертикальной стенки.
Какими уравнениями подобия определяется теплоотдача при свободном движении жидкости? у
Пример 27-1. Определить коэффициент теплоотдачи и количество переданной теплоты при течении воды в горизонтальной трубе диаметром d = 0,008 м и длиной / = 6 м, если скорость w = 0,1 м/сек; температура воды /ж == 80° С; температура стенки трубы tCT — 20° С.
При /ж = 80° С t = 0,675 вт/ (м • град), vHt = 0,365 X \ X Ю-6 мУсек; рж .= 6,32 • 10~4 1/град, Ргж = 2,21. —-
При ТСТ = 293° К Ргст = 7,02.
При этих значениях величин получаем:
Re„.,d = wd/v = (0,1 • 0,008 • 106)/0,365 = 2190;
Re^.33d - 13,2; Pr°'43 = 1,4; (Р.гж/Ргст)0'25 = 0,75.
Температурный напор /ж = tCT = 60°. Число Грасгофа
Gr — gd3ßAr — 9,81-0,0083-6,32-10-4-60 _} ^ 100. {nud~ va - (0,365.10-»)а ~ ' '
0^ = 4,12.
Применяя формулу (27-6), находим
. Numi(J-0,15Re^ • РГж-^ОГж'.'ЛРГж/РГст)0,25; N"u = 0,15-13,2-1,4-4,12.0,75 = 8,56,
откуда v
«
=
Nu«, d
-bs-
=
8'56-0'675
= 724 вш/(м2■
град). ж'd
d
0,008
Поправку на длину трубы вводить не следует, так как lld > 50. Количество передаваемой теплоты через всю трубу
Q = ndla(t,K — tCT) = 3,14 - 0,008 . 6 • 724 • 60 = 6540 вш.
Пример 27-2. Определить коэффициент теплоотдачи а воздуха, протекающего со скоростью w — 10 м/сек, стенке прямой трубы диаметром d = 0,1 м и длиной 1 = 2 л. Средняя температура воздуха /ж = 120° С.
При /ж = 120° С Хт = 0,0334 вт/(м. • град); v„ = 25,45 х X Ю-6 мЧсек. i ;•
При этих условиях
ЯеЖ)(г = ииЫч = (10 . 0,1 • 10«)/25,45'= 39 200; = 4730.
Подставляя все значения величин в уравнение (27-9), получаем
ЫцЖ1<| = 0,018 Р,еж',й = 0,018 • 4730 = 85,2, откуда - -
а = ЫиЖ;<г = (85,2 • 0,0334)/0,1 = 28,4 вт!{м2 • град).
Так как IIд. = 2/0,1 = 20 < 50, то необходимо ввести поправку я,,- взятую по табл.-27-1; е, = 1,13. С поправкой коэффициент теплоотдачи ад равен
с$ = а ег = 28,4 • 1,13 = 32,2 вт/{мг • град). '
Пример 27-3. Гладкая пластина шириной 1,5 ми длиной I — 2,0 я обтекается продольным потоком воздуха с температурой Тт = 293° К и. со скоростью ни = 4,0 м/сек. Вычислить коэффициент теплоотдачи о.и тепловой поток ф, если температура поверхности плиты Гст = = 353° К. •
При Тя< = 293° К Яж = 0,0223 вшЦм • град); vж = 15,06 х X Ю-6 мУсек. При этих величинах
Яеж,г = = (4 • 0,2 • 10е)/15,06 = 532000; Ке^Л = 38000.
Подставляя все значения величин в формулу (27-14), находим КиЖ1г = 0,032 Р,еж',/ = 0,032 • 38 000 = 1216,0,
откуда
м Лн1 1216 • 0,0223 1 0 с ;/ а л\ а = МиЖ)г-у1-= г-у—г =13,5 вш/(м2'град).
Количество теплоты, переданное плитой воздуху,
ф = аМГ = 13,5 -3 • 60 = 2430 впг.
Пример 27-4. Цилиндрическая труба с наружным диаметром = 30 мм и длиной I — Ъ м охлаждается поперечным потоком" воды с температурой Тт — 283°К. Скорость воды Ы> = 2 м1.сек. Температура' поверхности трубы = 353° К- Угол атаки 50°.
•Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к охлаждающей воде и количество передаваемой теплоты.
При температуре жидкости Гж — 283°К Я,И| = 0,575 вш1(м • град); -V» = 1,306 • 10-* мУсек.
При этих условиях . *
КеЖ1 а - щйН = (20,03 • 106)/1,306 = 46000; «е°= 630; РГж = 9,52; Ргж-38 = 2,35; Ргст = 2,21;' (Ргж/Ргст)0.25 = (9,52/2,21)0.25 = 1,44. . - ' .
Подставляя все величины в формулу (27-16), получаем
NU)Kid = 0,25Re^.Pr0.38(prm/prci)o,25= '
= 0,25-630.2,35-1,44 = 534,
откуда
a
=
NuMid
-^
= 534-°'575
=10200 втЦм^-град).
ж,<*
d
0,03
Учитывая угол атаки, по графику рис. 27-3 определяем поправочный коэффициент е'= 0,87, следовательно,
ал = 10200 • 0,87 = 8880 вт/(м2' • град). .
Количество теплоты, передаваемой трубе,
Q = л.й7ад АГ = 3,f4 • 0,03 • 5 • 8880 • 70 = 292*000 вт =
== 292 кет.
Пример 27-5. Определить средний коэффициент теплоотдачи конвекцией от поперечного потока дымовых газов состава Н20 = 1І%; . CQ2 = 13% и N = 76% к стенкам восьмирядного пучка труб. Трубы диаметром d = 60 мм расположены в шахматном порядке. Средняя скорость потока газов в самом узком сечении пучка w = 10 мі-сек'. Температура газов перед пучком ГЖ) г — .1473° К, за пучком T,Kj 2 = = 1073°К. Угол атаки 50°. Загрязнение труб пучка не учитывать. Давление пара внутри труб 100 бар и температура поверхностей труб = 584°К. Одновременно для сравнения вести расчет для коридорного расположения пучка труб.
. Расчет теплоотдачи при поперечном обтекании труб "ведется для • третьего ряда пучка по следующим уравнениям:
при коридорном расположении труб — по формуле (27-19):
. Nuw<d = 0,26Re°.«(f.Pr0.33(Prm/PrCT)<'.25;
при шахматном расположении труб — по формуле (27-20): Nu)Kld= 0,41Re».«d. Pr°>(Prm/PrCT)°.".
За определяющий размер принят диаметр труб, за определяющую температуру — средняя температура жидкости: ■
Тт = 0,5 (7\Kil + Гж>2) = 1273°К.
Значение физических параметров при Тт = 1273eK* v^, = 174,3 х X А(Ґ* мЧсек-Лк = 0,109 вт/(м ■ град); Ргж = 0,58; Ргст = 0,652;
- Ргж-33 = 0,580-33 = 0,835; ' "
(Ргж/Ргст)°-2Б = 0,892°>25 = 0,97.
При этих условиях
ЯеЖ1 d = vodly = ( 10 • 0,06 • 10«)/174,3 = 3450;
"=20°; Л = 34500'6=133-
Для коридорного расположения труб подставляем все значения величин в уравнение (27-19):
Ыик = 0,26 • 200 • 0,835 • 0,97 = 42,1;
для шахматного расположения — в уравнение (27-20):
1Миш = 0,41 • 133 • 0,835 • 0,97 = 44,2.
Коэффициент теплоотдачи для третьего ряда коридорного расположения пучка
а,(
3
= Мив^-=
42,1-0.109
6
7
т/{м2.граду
",3
■
й 0,06
н
для шахматного расположения пучка
аш.3
= Ыиш-^-=
44'2-°'109
=80,3 вт!(м2-град).
ш, з ш л 0>06 'v
Коэффициент теплоотдачи для первого ряда обоих пучков: акл = 0,6 аК;3 = 76,7 • 0,6 = 46,0 вт/(м2 • град); ашд = °.6аш,з = 80,3 • 0,6 = 48,2вт/(м2 - град). Для труб второго ряда пучков:
ак>2 = 0,9 акз = 0,9 • 76,7 = 69,0 вт/(м2 • град);' аш,г — аш,« = ®>7 • 80,3 = 56,2 вт/(м3 • град).
При одинаковой поверхности рядов средний коэффициент Теплоотдачи:
для коридорного расположения пучка 46,0 + 69,0 + 6-76,7
= 71,9 вт!(м2-град);
для
шахматного расположения пучка 48,2
+ 56,2 + 6-80,3
73,4 вт!(м2-град)
8
При одинаковых условиях теплоотдача в пучках с шахматным расположением выше, чем с коридорным, в данной задаче на ~ 3%.
Пример 27-6. Определить передачу теплоты при свободной конвекции от вертикального голого трубопровода диаметром & =120 мм и высотой к = 6 м к воздуху. Температура стенки ТСТ = 523°К, температура воздуха Тж = 293°К-
Физические величины находим при температуре окружающей среды Гж = 293°К:
Хж = 0,026 вш!{м . град); РгЖ1<г = 0,703; Ргж/Ргст = 1; V», = 15,06 • 10-« мУсек.
Число Грасгофа
Огж,= =
«а
.9,81.230-10^
д734.1011
Ж|й V2 293-15,Об2
Огж,<г Ргж>(! = 7,34 • 1012 0,703 = 5,16 • 10".
При этих условиях движение воздуха будет турбулентными коэффициент теплоотдачи определяем из уравнения (27-32):
ЫиЖ1(г = 0,15 (вг . Рг)ж<3«? = 0,15 (5,16 . Ю12)0"33 = 2320.
Отсюда коэффициент теплоотдачи
N11,к.акт
=
2320
• 0,026
=
вт/{м2,граду
Л • 6
Потеря теплоты трубопроводом <3 = аР (Гст — 7*ж) = 10 • 3,14 • 0,12 • 6 230 = 5200 вт.