Основная литература

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., Высшая школа, 1975, c. 35...47, 135...180, 266...274.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., Высшая школа, 1980, c. 470, 33...45, 162...179, .264...271.

Семестровая работа №4 конвективный теплообмен и интенсификация теплопередачи

В теплообменном аппарате вертикальная плоская стенка толщиной , длиной l и высотой h выполнена из стали с коэффициентом теплопроводности . С одной стороны она омывается продольным вынужденным потоком горячей воды, с другой - свободным потоком атмосферного воздуха. Скорость потока воды (вдали от стенки) w_о. Температура воды t_ж1, воздуха t_ж2 (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема к расчету

1. Определить:

а) средние коэффициенты теплоотдачи от воды к поверхности стенки ( ) и от поверхности стенки к воздуху ( );

б) частные и общее (R) термические сопротивления;

в) коэффициент теплопередачи (К) и плотность теплового потока (q);

г) коэффициенты теплопередачи;

д) при увеличении в пять раз;

е) при увеличении в пять раз;

ж) при увеличении в пять раз поверхности F стенки путем ее оребрения со стороны воды;

з) при увеличении в пять раз поверхности F стенки путем ее оребрения со стороны воздуха;

и) при замене стальной стенки медной с коэффициентом теплопроводности (меняя один из факторов, все остальные величины оставлять такими, какими они были получены расчетом, проведенным по пунктам 1 и 2 данной работы);

к) соотношения

,

где К – величина коэффициента теплопередачи, полученная расчетом (пункт 3).

2. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.

Указания к выполнению семестровой работы

1. Исходные данные для расчета выбираются из таблицы 4.1 в соответствии с вариантом работы.

2. При расчете коэффициентов теплоотдачи и выбирают для соответствующих случаев теплообмена уравнения подобия, которые приводятся в технической литературе. В данной работе можно пользоваться следующими уравнениями.

А. Вынужденное обтекание плоской поверхности:

а) при ламинарном режиме течения в пограничном слое

;

б) при турбулентном режиме течения в пограничном слое

.

Б. Свободное движение вдоль вертикальных поверхностей (пластины, трубы):

а) при ламинарном режиме течения

;

б) при турбулентном режиме течения

.

3. Расчет провести при допущении, что атмосферный воздух сухой, его давление и давление воды в теплообменнике равны 760 мм.рт.ст. Физические параметры воды и воздуха приведены в приложении (П.4.1., П.4.2.).

4. При определении коэффициентов теплоотдачи и обычно задаются температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой t_c1 и нагреваемой t_c2 сред (для металлических тонких стенок часто в первом приближении принимают t_c1 = t_c2 = t_c). При их выборе следует иметь ввиду, что температура стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны которой выше.

После вычисления , и К необходимо проверить правильность принятых для расчета температур t_c1 и t_c2. Для этого после проведения всего расчета определяются величины t_c1 и t_c2 по формулам

,

и сравниваются с принятыми значениями. Если отличие превышает 10%, то следует, использовав полученный результат, задаться новыми значениями температур поверхностей стенки и снова провести расчет.

5. В расчетах, относящихся к ребристой стенке:

а) учесть, что тепловой поток отнесен к 1м² гладкой поверхности;

б) пренебречь влиянием термического сопротивления ребер, т.е. считать сопротивление стенки равным , где – толщина неоребренной стенки (указанное условие равносильно предположению, что КПД ребра ).

6. Результаты расчета свести в таблицу 4.2 и сформулировать выводы по работе.

В выводах необходимо:

1. показать, какое из частных термических сопротивлений определяет величину общего термического сопротивления и коэффициента теплопередачи;

2. указать, какие из рассмотренных мероприятий практически не увеличивают теплопередачу, а какие являются эффективным средством ее интенсификации, дать этому объяснение;

3. сформулировать общее правило интенсификации теплопередачи.