Kursovaya_rabota_po_teplomassoobmenu_Marsa
.doc
─
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
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 гр. ЭТ-05-2
Насыров М.Ш.
Проверил: ст. преподаватель
д.т.н. Матвеева Г.Н.
Магнитогорск
2007
Задача 1. Нестационарная теплопроводность
Металлическая заготовка, имеющая форму пластины (циллиндра), неограниченной длинны, с начальной температурой , нагревается в печи, температура которой поддерживается постоянной до конечной температуры по оси заготовки . Считая длинну (и высоту) заготовки большими 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 течении всего периода нагревания (на 1 поверхности пластины или на 1 длинны циллиндра);
-
По результатам (2) и (3) построить графики.
1._Определение времени нагревания заготовки до конечной температуры
Сначала найдем из справочных таблиц теплофизические параметры цилиндра (теплоёмкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности и плотность) при начальной температуре и конечной температуре центра цилиндра , и вычислим их средние значения:
Параметр |
Среднее |
||
0,52 |
0,69 |
0,605 |
|
45,12 |
29,42 |
37,27 |
|
0,037 |
0,021 |
0,029 |
|
7800 |
7436 |
7618 |
Вычислим число и безразмерную температуру для центра цилиндра в последний момент времени нагрева:
По номограмме Будрина для центра цилиндра 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 цилиндра по номограммам Будрина (в зависимости от и ). По безразмерным температурам вычислим температуры в центре и на поверхности цилиндра в градусах Цельсия.
Для :
-
Время нагревания
-
Безразмерная температура в центре цилиндра (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимоси от и ):
-
Безразмерная температура на поверхности цилиндра (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимоси от и ):
-
Температура на оси циллиндра:
-
Температура на поверхности циллиндра:
Для остальных значений критерия Фурье вычисления производим по этим же формулам, результаты вычислений заносим в таблицу.
|
0,4 |
0,8 |
1,2 |
1,6 |
2 |
2,4 |
2,8 |
3,2 |
|
0,79 |
1,59 |
2,38 |
3,17 |
3,97 |
4,76 |
5,56 |
6,36 |
|
0,79 |
0,58 |
0,46 |
0,36 |
0,27 |
0,21 |
0,16 |
0,136 |
|
0,69 |
0,53 |
0,4 |
0,3 |
0,23 |
0,187 |
0,155 |
0,12 |
|
431 |
662 |
794 |
904 |
1003 |
1069 |
1124 |
1150 |
|
541 |
717 |
860 |
970 |
1047 |
1094,3 |
1129,5 |
1168 |
3._Определение распределения температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени
При определим из таблиц:
|
||||
0,386 |
1.089 |
0.8375 |
0.7025 |
0,906 |
4._Определение количества теплоты, подведённого к телу за весь период нагревания (в расчёте на 1 квадратный метр поверхности пластины)
5._Графики, построенные по данным пунктов 2 и 3
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 , , .
1. Вычисление критической координаты точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный
Определим теплофизические параметры ТМ при температуре :
Вычислим число Рейнольдса:
Критическое число Рейнольдса:
Т.к. , то режим течения в пограничном слое на конце пластины - турбулентный.
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 точки вычислим:
Для других точек ламинарного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.
2.1.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока
2.2. Расчёт турбулентного режима течения
2.2.1. Вычисление толщины динамического пограничного 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 |
Турбулентный |
||||||||
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
1,22 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2 |
|
1,63 |
3,26 |
4,89 |
6,53 |
8,16 |
9,95 |
11,4 |
13,0 |
14,7 |
16,3 |
|
0.0072 |
0.0102 |
0.0126 |
0.0145 |
0.0162 |
0.0179 |
0.0454 |
0.0562 |
0.0617 |
0.0671 |
|
0,0013 |
0.0018 |
0.0022 |
0.0025 |
0.0028 |
0.0031 |
0.0454 |
0.0562 |
0.0617 |
0.0671 |
|
331.79 |
469.23 |
574.68 |
664.1 |
742.37 |
819.76 |
4375.08 |
4859 |
5361.9 |
5823.9 |
|
167.22 |
118.25 |
96.54 |
83.67 |
74.83 |
67.73 |
315 |
306.12 |
300.27 |
293.52 |
Построение графиков по результатам вычислений
Задача 3. Теплообмен излучением между газом и твёрдой ограждающей поверхностью
Вычислить плотность теплового потока, обусловленного излучением дымовых газов к поверхности газохода сечением . Состав газов задан. Общее давление газа . Температура газов на входе в газоход и на выходе . Средняя температура поверхности газохода .
Степень черноты чугуна окисленного:
Вычислим приведённую степень черноты чугуна окисленного:
Вычислим среднюю температуру газов по тракту:
Средняя длина пути луча:
Парциальные давления двуокиси углерода и водяного пара:
Первый метод (с использованием диаграмм)
Произведение парциального давления на двуокиси углерода и водяного пара на длинну луча:
По графикам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара:
По графику определяем поправочный коэффициент на парциальное давление для водяного пара:
Степень черноты газовой смеси:
По графикам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара по температуре стенки :
Поглощательная способность газовой смеси:
Плотность теплового потока:
Второй метод (аналитический)
Суммарное парциальное давления водяного пара и двуокиси углерода:
Степень черноты газовой смеси:
Поглощательная способность газовой смеси:
Плотность теплового потока:
Задача 4. Тепловой расчёт экономайзера
Змеевиковый экономайзер парового котла предназначен для подогрева питательной воды в количестве от температуры до . Вода движется верх по трубам диаметром . Коэффициент теплопроводности материала стенки . Средняя скорость движения воды .
Дымовые газы () движутся сверху вниз в межтрубном пространстве со средней скоростью в узком сечении трубного пучка . Расход газов . Температура газов на входе в экономайзер , на выходе (одна из четырех температур неизвестна). Задано расположение труб в пучке (шахматное или коридорное) и относительные шаги: поперечный и продольный . Со стороны газов поверхность труб покрыта слоем сажи толщиной , со стороны воды – слоем накипи толщиной . Коэффициенты теплопроводности принять: для сажи , для накипи
Определить поверхность нагрева, количество и длину отдельных секций (змеевиков)
Схема движения теплоносителей в экономайзере