8. Теплоотдача при свободном движении жидкости

8.1. Определить коэффициент теплоотдачи и тепловые потери 1 м неизолированного горизонтального паропровода в свободном потоке воздуха, если по паропроводу течёт перегретый пар, имеющий температуру t_п. Для расчета принять температуру воздуха в помещении t_ж, температуру наружной поверхности паропровода равной температуре пара. Наружный диаметр паропровода d_н. Лучеиспускание паропровода не учитывать. Как уменьшатся коэффициент теплоотдачи и тепловые потери, если температура воздуха в помещении изменится до .

Вариант	tп, С	tж, С	dн, мм	, С
а	400	30	200	10
б	230	15	300	30
в	350	20	250	0

8.2. Определить коэффициент теплоотдачи и удельные потери теплоты при свободном движении воздуха от горизонтально расположенного трубопровода диаметром d_н, если температура наружной поверхности трубопровода t_с, а температура воздуха вдали от трубопровода t_ж. Как изменится коэффициент теплоотдачи и удельные тепловые потери, если диаметр трубопровода увеличить в 2 и 4 раза? Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от диаметра трубопровода α=ƒ(d).

Вариант	dн, мм	tс, С	tж, С
а	100	310	30
б	125	450	25
в	80	270	15

8.3. Для отопления помещения требуется расход теплоты Q. Температура воздуха в помещении t_ж. Определить необходимую длину обогреваемых горизонтальных труб наружным диаметром d_н, имеющих температуру поверхности t_с. Как изменится температура поверхности труб, если расход теплоты уменьшится в 2 и 3 раза? Построить графики α=ƒ(t_с), Q=ƒ(t_с). Расчёты провести без учёта теплового излучения.

Вариант	Q, кВт	tж, С	dн, мм	tс, С
а	1	25	25	70
б	1,4	20	32	50
в	1,9	18	40	62

8.4. Для поддержания в помещении температуры воздуха t_ж требуется расход теплоты Q. Определить длину обогреваемых труб наружным диаметром d_н, имеющих температуру поверхности t_с. Как изменится длина труб, если их расположить: а) горизонтально; б) вертикально? Высота помещения Н. Расчёт произвести без учёта лучистого теплообмена.

Вариант	tж, С	Q, кВт	dн, мм	tс, С	Н, м
а	18	0,4	20	65	2,5
б	20	0,6	25	85	3
в	22	0,5	32	75	3,5

8.5. Найти потери теплоты вертикальным участком паропровода длиной L за счёт теплоотдачи при свободном движении в течении τ часов , если воздух в цехе имеет температуру t_ж. Наружный диаметр паропровода d_н, средняя температура на его поверхности t_с. Как изменятся тепловые потери на таком же участке паропровода расположенного горизонтально при тех же температурных условиях?

Вариант	L, м	τ, час	tж, С	dн, мм	tс, С
а	6	4	25	200	200
б	6	6	20	300	50
в	4	5	15	150	180

8.6. Масло нагревается в баке горизонтально расположенными трубами с наружным диаметром d_н и с температурой на поверхности t_с. Определить тепловой поток от труб к маслу, если его температура t_ж, а поверхность нагрева F. Как изменится тепловой поток, если масло в этом баке охлаждать при том же температурном напоре между маслом и поверхностью труб, имеющими в этом случае температуру ?

Вариант	dн, мм	tс, С	tж, С	F, м^2	, С	Масло
а	30	110	70	9	30	МК
б	20	65	40	15	15	Трансформаторное
в	16	80	50	12	20	МС – 20

8.7. В большом баке с водой охлаждается вертикальная пластина шириной В и высотой Н. Средняя температура пластины t, средняя температура воды t_ж. Найти теплоту, передаваемую воде. Как изменятся коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты, если пластину расположить горизонтально?

Вариант	В, м	Н, м	t, С	tж, С
а	3	2	90	40
б	2	1,5	95	30
в	1,5	1	80	20

8.8. Определить коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха от горизонтальной плиты шириной В и длиной L, если теплоотдающая поверхность обращена вниз и её температура t_с, а температура воздуха вдали от плиты t_ж. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если теплоотдающая поверхность плиты обращена вверх? Как изменится коэффициент теплоотдачи, если плиту установить вертикально?

Вариант	В, м	L, м	tс, С	tж, С
а	1	3	125	15
б	0,6	1,1	80	30
в	1,3	2,2	105	20

8.9. Определить потерю холода через потолок камеры холодильника площадью АВ, если температура воздуха в камере t_ж, а температура потолка t_с.

Вариант	АВ, м	tс, С	tж, С
а	1015	–18	–20
б	712	–7	–10
в	810	–1	–5

8.10. В помещении площадью АВ необходимо поддерживать среднюю температуру воздуха t_ж. Какой мощности электронагреватель необходимо установить, если температура поверхности пола t_с1, а температура поверхности потолка t_с2. Теплота теряется только через пол и потолок.

Вариант	АВ, м	tж, С	tс1, С	tс2, С
а	108,5	20	12	17
б	86	15	10	12
в	66	18	11	15

8.11. В помещении необходимо поддерживать постоянную температуру t_ж. Для обогрева помещения применяют электронагреватель из нихромовых проволок диаметром d. Определить общую длину проволок, если максимально допустимая их температура t_max. Теплопотери помещения Q. При расчёте тепловое излучение не учитывать. Как изменится длина проволок, если диаметр их увеличится в 2 и 3 раза? Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от диаметра проволоки α=ƒ(d).

Вариант	tж, С	d, мм	tmax, С	Q, Вт
а	18	1	900	1163
б	20	0,5	1000	930
в	22	0,75	800	1500

8.12. Определить температуру проволоки диаметром d, по которой проходит электрический ток силой I. Проволока находится на воздухе с температурой t_ж.

Вариант	d, мм	I, А	tж, С	Материал проволоки
а	1	6	0	Алюминий
б	0,5	3,5	10	Медь
в	1,5	10	20	Сталь 20ХНЗ

8.13. Какую максимальную силу тока можно пропустить через электрический нагреватель, служащий для нагрева воздуха, если температура воздуха t_ж, а температура поверхности провода не должна превышать t_max. Диаметр нагревателя d, удельное электрическое сопротивление провода нагревателя ρ_э. Расчёт провести без лучистого теплообмена.

Вариант	tж, С	tmax, С	d, мм	ρэ10^6, Омм
а	20	780	1	1,17
б	18	500	0,5	1,1
в	25	280	0,75	1

8.14. Электропровод диаметром d охлаждается при свободном движении воздуха с давлением 0,1 МПа. Как изменится коэффициент теплоотдачи от провода к воздуху, если давление воздуха увеличить в n раз? Температура воздуха t_ж, температура поверхности провода t_с. Во сколько раз изменится сила тока в проводе, если удельное электрическое сопротивление провода ρ_э?

Вариант	d, мм	n	tж, С	tс, С	ρэ10^6, Омм (марка сплава)
а	2	10	50	1100	1,51 (Х25Ю5)
б	3	5	100	950	1,47 (Х15Ю5)
в	6,5	3	20	1000	1,27 (ХН70Ю)

8.15. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и удельный тепловой поток через воздушную прослойку толщиной δ, если температура горячей и холодной поверхностей стенок, между которыми находится воздух, t_с1 и t_с2. Как изменится тепловой поток, если толщина воздушной прослойки уменьшится в 2 раза?

Вариант	δ, мм	tс1, С	tс2, С
а	15	10	0
б	30	150	50
в	25	160	60

8.16. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и линейный тепловой поток через цилиндрическую воздушную прослойку толщиной δ, если температура горячей и холодной поверхности соответственно t_с1 и t_с2, а средний диаметр прослойки d_ср.

Вариант	δ, мм	tс1, С	tс2, С	dср, мм
а	20	80	20	100
б	10	50	20	80
в	30	120	60	60

8.17. Труба диаметром d_н1δ₁, находится внутри другой трубы, имеющей диаметр d_н2δ₂. На наружной поверхности малой трубы температура t_с1, на внутренней поверхности большой трубы t_с2. Найти коэффициент теплоотдачи и плотность теплового потока через кольцевой зазор, заполненный: а) воздухом; б) водой под давлением, исключающим кипение.

Вариант	dн1δ1, мм	dн2δ2, мм	tс1, С	tс2, С
а	121	583	130	50
б	141	402,5	170	100
в	161	503	80	40

8.18. Определить при какой толщине водяной прослойки в ограниченном пространстве влиянием конвекции можно пренебречь, то есть передача теплоты от горячей стенки к холодной будет обуславливаться только теплопроводностью жидкости. Температура горячей поверхности t_с1, температура холодной поверхности t_с2. Как изменится толщина прослойки, если вместо воды будет воздух?

Вариант	tс1, С	tс2, С
а	14	8
б	28	18
в	30	15

8.19. Вертикальный цилиндр наружным диаметром d и длиной l окружён воздухом с температурой t_ж. Цилиндр должен иметь на поверхности температуру t_с. Какова при этих условиях должна быть линейная плотность теплового потока от цилиндра?

лжна быть линейная плотность теплового потока от цилиндра?

Вариант	d, мм	l, м	tж, С	tс, С
а	200	4	–50	20
б	260	5	20	100
в	290	6	5	80

8.20. Найти потери теплоты вертикальным участком паропровода длиной l за счёт теплоотдачи при свободном движении воздуха в течение n часов, если температура воздуха в цехе t_ж. Наружный диаметр паропровода d, средняя температура на поверхности t_с.

Вариант	d, мм	l, м	n, час	tж, С	tс, С
а	200	6	4	25	190
б	260	7	4,5	20	200
в	290	8	5	28	210