Задачи. Термодинамика

Задание №1

Определить потери теплоты погонным метром стального горизонтально расположенного паропровода, который охлаждается свободным потоком воздуха. Наружный диаметр паропровода 300 мм, темпера­тура его поверхности 90⁰С. Температура воздуха 30⁰С. Учесть потери теплоты излучением.

Задание №2

По горизонтальной трубе диаметром 20x1 мм протекает вода с температурой 85⁰С на входе. Средняя температура стенки 15⁰С. Расход воды 0,5 кг/с. На выходе из трубы вода должна иметь температуру 25 ⁰С. Какую длину трубы следует взять для этого?

Задание №3

По прямоугольному каналу 0,4х0,8 м, выполненному из асбеста толщиной 3 мм, движется сухой воздух со средней температурой 300⁰С. Расход воздуха 4,8 кг/с. Длина канала 10 м. Определить плотность теплового потока от воздуха к окружающей среде, если средняя температура среды 25 ⁰С, а коэффициент теплоотдачи от поверхности канала к окружающей среде 50 Вт/м²К.

Задание №4

Трубопровод диаметром d = 200x10 мм омывается в по­перечном направлении потоком воздуха, скорость которого W = 10 м/с, а температура t = 20 ⁰С. Температура поверхности трубопровода t_ст. = 80 ⁰С, а его длина L = 50 м. Определить тепловой поток Q от стенки трубопровода к воздуху. При определении Q учесть потери теплоты излучением.

Задание №5

Вертикальная пластина высотой h=0,8 м и шириной b=0,5 м помещена в воду в условиях свободного движения последней. Температура поверхности пластины 90⁰С, температура воды 10⁰С. Определить тепловой поток, передаваемый пластиной воде, учесть потери теплоты излучением.

Задание №6

В межтрубное пространство горизонтально расположенного теплообменника типа "труба в трубе" подается насыщенный водяной пар, который конденсируется на наружной поверхности внутренней трубы при давлении 3,61 бар. Скорость пара пренебрежимо мала. Диаметр трубы 35x2,5 мм, а ее длина 10 м. Определить коэффициент теплоотдачи от пара к наружной поверхности трубы, если температура последней равна 120 ⁰С, а также тепловой поток передаваемый от пара к стенке трубы.

Задание №7

Стальной лист толщиной 30 мм (теплоемкость 0,42 кДж/кгК), плотность которого 7900 кг/м³ нагрет до 400 ⁰С и охлаждается в воздухе с температурой 10 ⁰С при коэффициенте теплоотдачи 20 Вт/м²К. Через сколько часов температура листа на поверхности будет на 11 ⁰С отличаться от температуры воздуха? Сколько теплоты будет отдано с 1 м² листа за время охлаждения?

Задание №8

Внутри стальной трубы размером 25x2,5 мм и длиной 20 м движется вода со скоростью 0,8 м/с. Температура воды на входе в трубу 90 ⁰С, а на выходе 30 ⁰С. Средняя температура внутренней поверхности трубы tст = 50 ⁰С. Определить тепловой поток от воды к стенке трубы.

Задание №9

В теплообменном устройстве охлаждающая вода должна отводить тепловой поток 465 кВт. Вода движется по прямой круглой трубе с внутренним диаметром 100 мм. Расход воды 40 т/час, а её температура на входе в трубу 75 ⁰С. Определить температуру воды на выходе из трубы, коэффициент теплоотдачи к воде и длину трубы, если средняя температура её внутренней поверхности 95°С.

Задание №10

В стальном сосуде кипит вода при давлении 5 ата. Днище сосуда плоское, толщиной 8 мм. Перепад температуры в нем 25 ⁰С. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности днища к кипящей воде.

Задание №11

В межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника охлаждается воздух от 400 до 200 ⁰С. Расход воздуха 2500 кг/час, давление 760 мм рт.ст. По трубам противотоком движется жидкость, температура которой изменяется от 40 до 90 ⁰С. Коэффициент теплоотдачи со стороны жидкости 1150 Вт/м²гр. Обеспечит ли теплообменник передачу заданного теплового потока, если диаметр труб 35х2,5 мм, длина 5 м, а их число равно 61? Диаметр кожуха 400 мм.

Задание №12

Вертикальная труба высотой 1 м и наружным диаметром d = 150 мм опущена в воду, температура которой 20 ⁰С. Температура наружной поверхности трубы равна 60 ⁰С. Принудительным движением воды можно пренебречь. Определить тепловой поток, передаваемый воде.

Задание №13

По внутренней трубе теплообменника типа «труба в трубе» диаметром 30х3 мм со скоростью 0,5 м/с движется вода. Её температура на входе в трубу 20 ⁰С. В межтрубном пространстве движется воздух. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха 70 Вт/м²гр. От воздуха к воде передается тепловой поток 5,8 кВт. Средняя температура поверхности внутренней трубы со стороны воды 27 ⁰С. Определить коэффициент теплопередачи от воздуха к воде.

Задание №14

По стальной трубе диаметром 25х2,5 мм и длиной 20 м движется вода со скоростью 0,3 м/сек. Температура воды на входе в трубу 90 ⁰С. Перепад температуры в стенке 2 ⁰С. Определить температуру воды на выходе из трубы и коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы.

Задание №15

Неизолированный стальной трубопровод размером 225х12,5 мм проложен горизонтально в воде. Температура наружной поверхности трубопровода равна 60 ⁰С, а окружающей его воды 20 ⁰С. Вынужденным движением воды пренебречь. Определить:

1. коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубопровода к воде ;

2. плотность теплового потока, отдаваемого наружной поверхностью трубопровода воде.

Задание №16

В межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника охлаждается воздух от 400 до 200 ⁰С. Скорость воздуха 20 м/сек, давление 1 бар. Внутри стальных труб (_ст = 40 Вт/мК) противотоком движется жидкость, температура которой изменяется от 40 до 90 ⁰С. Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к жидкости ₂ = 1150 Вт/м²К. Диаметр труб 35х2,5 мм. Число труб равно 61, а диаметр кожуха D = 500 мм. Определить:

1. коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам теплообменника;

2. плотность теплового потока, передаваемого от воздуха к жидкости (Вт/м²).

Задание №17

Теплообменник типа «труба в трубе» длиной 6 м выполнен из стальных труб диаметром 48х3 мм и 30х2,5 мм. Холодный теплоноситель – вода, движется по внутренней трубе и нагревается от 5 до 35 ⁰С. Расход воды 100 кг/час. Горячий теплоноситель со средней температурой 140 ⁰С движется по межтрубному пространству. Коэффициент теплоотдачи от него к поверхности внутренней трубы 93 Вт/м²гр. Определить:

1. температуру поверхности внутренней трубы со стороны воды;

2. обеспечит ли поверхность теплообменника передачу заданной плотности теплового потока?

Задание №18

Пучок стальных труб диаметром 60х4 мм омывается поперечным потоком воздуха. Температура воздуха на входе в пучок 360 ⁰С, а на выходе из него 280 ⁰С. Средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к пучку труб 70 Вт/м²гр. Внутри труб со скоростью 1м/сек движется вода, температура которой на входе 50 ⁰С, а на выходе 90 ⁰С. Определить плотность теплового потока, передаваемого от воздуха к воде, если средняя температура поверхности труб со стороны воды 75 ⁰С.

Задание №19

Коридорный пучок из труб с внешним диаметром 50 мм и длиной 3 м омывается поперечным потоком воздуха. Расход воздуха 8000 кг/час, давление 760 мм рт.ст., температура на входе в пучок 500 ⁰С, а на выходе из него 300 ⁰С. Число рядов труб по ходу воздуха 12, а в поперечном направлении – 10. Высота канала теплообменника 800 мм. Определить средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к пучку труб.

Задание №20

По внутренней трубе теплообменника типа «труба в трубе» диаметром 30х3 мм со скоростью 0,5 м/сек движется вода. Её температура на входе в трубу 20 ⁰С. В межтрубном пространстве движется воздух. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха 70 Вт/м²гр. От воздуха к воде передается тепловой поток 5,8 кВт. Средняя температура поверхности внутренней трубы со стороны воды 27 ⁰С. Определить длину труб теплообменника.