Курсовая работа. моёёё
.doc
─
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И.НОСОВА
КАФЕДРА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ТЕПЛОМАССООБМЕНУ
-
ВЫПОЛНИЛ:
студент спец.140104
гр.ЭТБ-08 Горбунёва Е.С.
ПРОВЕРИЛ:
доцент,
к.т.н. Матвеева Г.Н.
МАГНИТОГОРСК
2010
Задача 1. Нестационарная теплопроводность
Металлическая заготовка, имеющая форму пластины (цилиндра), неограниченной длинны, с начальной температурой , нагревается в печи, температура которой поддерживается постоянной до конечной температуры по оси заготовки . Считая длину (и высоту) заготовки большими по сравнению с толщиной, определить:
-
Время нагревания заготовки до данной конечной температуры;
-
Температуры на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени (с использование монограмм Будрина);
-
Распределение температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени (с использованием аналитических формул);
-
Количество теплоты, подведённой к телу в течение всего периода нагревания (на 1 поверхности пластины или на 1 длины цилиндра);
-
По результатам (2) и (3) построить графики.
Форма тела: ПЛАСТИНА
Материал: СТАЛЬ 40
1._Определение времени нагревания заготовки до конечной температуры
Сначала найдем из справочных таблиц теплофизические параметры пластины (теплоёмкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности и плотность) при начальной температуре и конечной температуре центра пластины , и вычислим их средние значения:
Параметр |
Среднее |
||
0,498 |
0,648 |
0,573 |
|
41,4 |
25,4 |
33,4 |
|
0,41 |
0,021 |
0,2155 |
|
7801 |
7486 |
7643 |
Вычислим число и безразмерную температуру для центра пластины в последний момент времени нагрева:
По номограмме Будрина для центра пластины определим:
Вычислим время нагревания заготовки:
2._Определение температур на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени
Интервал времени нагревания заготовки разобьём на несколько промежутков. Для каждого значения вычислим время (в часах), найдём безразмерные температуры в центре и на поверхности пластины по номограммам Будрина (в зависимости от и ). По безразмерным температурам вычислим температуры в центре и на поверхности пластины в градусах Цельсия.
Для :
-
Время нагревания
-
Безразмерная температура в центре пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимости от и ):
-
Безразмерная температура на поверхности пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимости от и ):
-
Температура на оси пластины:
-
Температура на поверхности пластины:
Для остальных значений критерия Фурье вычисления производим по этим же формулам, результаты вычислений заносим в таблицу.
0,5 |
1 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,2 |
|
0,169 |
0,336 |
0,5 |
0,673 |
0,84 |
1,009 |
1,17 |
1,31 |
|
0,85 |
0,65 |
0,5 |
0,4 |
0,3 |
0,25 |
0,19 |
0,13 |
|
0,65 |
0,56 |
0,37 |
0,3 |
0,23 |
0.17 |
0,15 |
0,12 |
|
372,5 |
602,5 |
775 |
890 |
1005 |
1062,5 |
1131,5 |
1200 |
|
602,5 |
706 |
924,5 |
1005,5 |
1085,5 |
1154,5 |
1177,5 |
1212 |
3._Определение распределения температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени
При определяем из таблиц:
При
При
При
Найдём безразмерные температуры в момент времени
Температура для этой точки:
Для остальных точек и в другие моменты времени вычисления производим аналогичным образом, результаты записываем в таблицу.
|
||||
0,843 |
0,5128 |
0,2433 |
0,1340 |
|
380 |
760 |
1070 |
1196 |
|
0,799 |
0,504 |
0,239 |
0,132 |
|
431 |
770 |
1075 |
1198 |
|
0,790 |
0,481 |
0,218 |
0,125 |
|
442 |
797 |
1099 |
1206 |
|
0,727 |
0,442 |
0,209 |
0,115 |
|
514 |
842 |
1110 |
1218 |
|
0,6939 |
0,4221 |
0,2002 |
0,1103 |
|
552 |
864 |
1119 |
1223 |
4._Определение количества теплоты, подведённого к телу за весь период нагревания (в расчёте на 1 метр длинны пластины)
Полное количество теплоты, которое было бы подведено к пластине (на 1 метр её длинны и 1 метр ширины), если бы нагревание длилось до наступления полного теплового равновесия между пластиной и воздухом печи:
Средняя безразмерная температура в последний момент времени нагрева:
Полное количество теплоты, подведённого к пластине (на 1 метр её длинны и 1 метр ширины) за весь период нагрева:
Задача 2. Конвективный теплообмен при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности
Плоская пластина м. обтекается продольным потоком жидкости (газа) со скоростью м/с. Температура набегающего потока . Задана температура поверхности пластины . Найти:
-
Критическую координату точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный;
-
Толщины динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности;
-
Значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины;
-
Средние коэффициенты теплоотдачи для участков с различными режимами течения;
-
Построить графики , .
Жидкость: воздух
1. Вычисление критической координаты точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный
Определим теплофизические параметры воздуха при температуре :
Критическое число Рейнольдса:
Вычислим координату точки перехода ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное:
2. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности
2.1. Расчёт ламинарного режима течения
2.1.1. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв, а также коэффициентов теплоотдачи для различных точек
Для точек вычислим:
Для других точек ламинарного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.
2.1.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи
2.2. Расчёт турбулентного режима течения
2.2.1. Вычисление толщины динамического пограничных слоя, а также коэффициентов теплоотдачи для различных точек
Для точки вычислим:
Для других точек турбулентного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.
2.2.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока
2.3. Результаты вычислений
|
Ламинарный участок
|
Турбулентный участок |
|||||||||
0,1 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
0,96 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
||
10364 |
41458 |
62187 |
82915 |
99499 |
103644 |
155467 |
207289 |
259112 |
310934 |
||
0,0045 |
0,0091 |
0,0111 |
0,0128 |
0,0141 |
0,036 |
0,050 |
0,063 |
0,0765 |
0,0885 |
||
0,0051 |
0,0103 |
0,0125 |
0,145 |
0,159 |
0,036 |
0,050 |
0,063 |
0,0765 |
0,0885 |
||
29,799 |
59,598 |
72,976 |
84,275 |
92,325 |
258,2 |
357,2 |
449,7 |
537,6 |
622 |
||
10,6 |
5,3 |
4,3 |
3,7 |
3,4 |
9,2 |
8,48 |
8,0 |
7,65 |
7,39 |
||
177,5 |
777,5 |
||||||||||
6,5 |
8 |
Задача 3. Тепловой расчёт двухходового трубчатого воздухоподогревателя.
В трубчатом двухходовом теплообменнике холодный теплоноситель в количестве должен нагреваться от температуры до . Горячий теплоноситель в количестве движется внутри труб диаметром,воздухоподогревателя со средней скорость Коэфициент теплопроводности материала стенки, из которого изготовлены трубки. Температура горячего теплоносителя на входе в теплообменник на выходе . Холодный теплоноситель движется поперек трубного пучка со средней скоростью Заданы расположение труб в пучке (шахматное или коридорное) и относительные шаги: поперечный и продольный . Потери теплоты составляют .
Определить необходимую поверхность нагрева, длину труб в одном ходе и количество труб, расположенных поперек и вдоль потока холодного теплоносителя.
Дымовые газы:
Вода: |
Коэффициент теплопроводности труб:
Диаметры труб:
Шахматное расположение труб |
Поперечный относит. шаг:
Продольный относит. шаг:
|
1. определим среднюю температуру воздуха
Определяем количество получаемой теплоты
Определяем физические свойства воздуха
=,
.
2. принимаем температуру дымовых газов на выходе
Средняя температура воды:
При этой температуре выписываем физические свойства дымовых газов из таблице:
3.определение температурного напора
4.определение коэффициентов теплоотдачи
Число Рейнольдса для потока газов