Настоящая любовь - это желание осчастливить кого-то. © Александр Дьяков 989 - | 782 - или читать все...
Обратная связь Пожаловаться на материал

Раздел 3. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛО- И МАССООБМЕН

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Старооскольский технологический институт им. Угарова А.А.

(филиал) Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

 

Кафедра металлургии и металловедения им. Угаровой С.П.

 

 

 

ТЕПЛОМАССООБМЕН

 

Учебное пособие

по выполнению домашнего задания

 

 

для студентов

 

бакалавриата по направлению

22.03.02 – «Металлургия»

13.03.01 – «Теплоэнергетика и теплотехника»

 

 

Старый Оскол 2017 г.

 
 


Содержание

Введение.. 2

1. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ. 3

1.1. Раздел 1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ.. 3

1.1.1. Таблица вариантов индивидуального задания к разделу 1. 3

1.1.2. Задачи к разделу 1. 3

1.1.2. Вопросы к разделу 1. 14

1.2. Раздел 2. ИЗЛУЧЕНИЕ.. 17

1.2.1. Таблица вариантов индивидуального задания к разделу 2. 17

1.2.2. Задачи к разделу 2. 17

1.2.3. Вопросы к разделу 2. 25

1.3. Раздел 3. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛО- И МАССООБМЕН.. 31

1.3.1. Таблица вариантов индивидуального задания к разделу 3. 31

1.3.2. Задачи к разделу 3. 31

1.3.3. Вопросы к разделу 3. 44

Литература.. 48

а) Основная литература: 48

б) Дополнительная. 48

 

Введение

 

Студенту дневной формы обучения предлагается выполнить домашнего задания. Решать задания необходимо в соответствии со своим вариантом.

Условия вариантов заданий переписываются полностью. Решения задач в задании должны сопровождаться краткими пояснениями и подробными вычислениями. В процессе решения необходимо привести соответствующие формулы, подставить числовые значения и произвести вычисления. Обязательно указывать единицы величин, строго придерживаясь принятой системы обозначений Международной системы единиц (СИ).

Домашние задания выполняются на листах формата А4.

При изучении дисциплины необходимо прослушать курс лекций, делая при этом соответствующие записи, которые затем будут использоваться при самостоятельной работе.

Материал можно считать усвоенным только при условии правильного использования теоретического материала для решения практических задач.

 

 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.

Раздел 1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Таблица вариантов индивидуального задания к разделу 1

№ ва-рианта И.З.

Номер задачи

Номер вопроса
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
1 1 3 6 11 16 22 25 1 6 11 17 23 28 34
2 2 5 8 12 18 20 25 2 5 12 15 21 30 38
3 4 3 9 13 19 21 23 3 8 16 22 36 42 47
4 7 4 10 14 16 24 25 4 9 13 18 24 29 33
5 1 9 8 12 18 22 26 10 14 19 25 32 39 43
6 2 3 6 11 19 20 25 20 26 31 35 40 45 46
7 4 5 6 12 16 21 23 1 5 6 27 37 41 44
8 7 2 8 13 18 24 25 2 8 15 18 25 30 42
9 1 3 9 14 19 20 26 3 5 12 20 26 31 40
10 2 3 10 13 16 22 23 4 5 17 22 28 34 45
11 4 5 9 12 18 20 23 5 6 15 19 26 38 43
12 7 3 6 14 19 21 25 8 10 16 21 29 31 42
13 1 3 8 11 16 24 26 12 13 19 23 29 33 44
14 2 5 9 12 18 22 26 1 9 17 21 25 38 46
15 4 3 10 13 19 24 23 2 5 14 18 29 34 41
16 7 4 8 14 16 22 25 3 6 12 19 27 30 42
17 1 3 10 14 18 20 26 4 8 17 23 28 33 46
18 2 3 6 11 19 21 23 9 11 15 20 25 34 41
19 4 5 6 12 16 24 23 13 14 18 24 26 30 44
20 7 6 8 14 18 22 25 1 8 14 19 29 39 47
21 1 10 9 13 19 21 26 2 10 17 18 27 31 42
22 2 3 10 13 16 20 26 3 8 16 24 28 34 41
23 4 5 10 14 18 22 23 4 9 13 19 25 33 47
24 7 1 9 11 19 20 25 5 6 16 20 27 32 35
25 1 3 6 12 16 21 26 11 12 18 21 28 35 40

Задачи к разделу 1

1. Температуры на поверхностях шамотной стенки, толщина которой δ=200 мм, равны: t1=1000 °С; t2=200 °С. Коэффициент теплопроводности шамота изменяется в зависимости от температуры по уравнению .

Показать, что плотность теплового потока q, Вт/м2, в случае линейной зависимости коэффициента теплопроводности от t, может быть вычислена по формуле для постоянного коэффициента теплопроводности, взятого при средней температуре стенки.Найти ошибку в определении температуры в точках x=57,5; 110 и 157,5 мм, если вычисления производятся по значению коэффициента теплопроводности, среднему для заданного интервала температур, построить график распределения температур в стенке.

 

2. Плоская стенка бака площадью F, м2 покрыта двухслойной тепловой изоляцией. Стенка бака стальная, толщиной δ1, мм с коэффициентом теплопроводности λ1, Вт/(м·К). Первый слой выполнен из новоасбозурита толщиной δ2 , мм коэффициент теплопроводности которого определяется уравнением .

Второй слой изоляции толщиной δ3, мм представляет собой штукатурку (известь), коэффициент теплопроводности которой λ3=0,698 Вт/(м·К). Температуры внутренней поверхности стенки бака tс1, °С и внешней поверхности изоляции tс4, °С. Вычислить количество теплоты, передаваемой через стенку, температуры на границе слоев изоляции и построить график распределения температуры.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
F 5 6 4 3 6 7 5 3 4 5
δ1 8 7 9 5 6 7 9 10 7 6
λ1 46 44 43 45 43 44 45 46,5 45 46,5
δ2 50 48 47 46 49 50 50 47 48 49
tс1 250 300 280 300 260 350 400 280 320 310
tс4 50 60 40 55 60 50 50 60 40 65

 

3. Обмуровка печи состоит из слоев шамотного кирпича, между которыми расположена засыпка из диатомита. Толщина шамотного слоя δ1, мм, диатомитовой засыпки δ2, мм и красного кирпича δ3, мм.

Коэффициенты теплопроводности материалов соответ-ственно равны:

λ1 = 0,94 Вт/(м·К), λ2 = 0,13 Вт/(м·с), λ3 = 0,7 Вт/(м·К). Какой толщины следует сделать слой из красного кирпича δ3, если отказаться от применения засыпки из диатомита, чтобы тепловой поток, через обмуровку оставался неизменным.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δ1 120 125 125 120 250 250 120 125 120 120
δ2 50 45 50 45 40 50 40 45 60 55
δ3 250 250 125 250 125 250 125 125 250 250

 

4. Стенка неэкранированной топочной камеры парового котла выполнена из слоя пеношамота толщиной δ1, мм и слоя красного кирпича толщиной δ2, мм. Слои плотно прилегают друг к другу. Температура на внутренней камеры tc1 поверхности топочной, °С а на наружной tc3, °С (см. рис. 2.2.3). Коэффициент теплопроводности пеношамота λ1=0,28+0,00023·t, красного кирпича λ2=0,7 Вт/(м·К).

 Вычислить тепловые потери через 1 м2 стенки топочной камеры и температуру в плоскости соприкосновения слоев.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δ1 125 250 125 250 125 250 300 125 200 125
δ2 500 400 250 250 500 125 250 125 250 500
tc1 1100 1000 1050 1200 1150 1000 1020 1030 1100 1200
tc3 50 40 30 45 55 60 40 45 50 55
λ2 0,7 0,5 0,6 0,4 0,45 0,5 0,6 0,55 0,7 0,6

 

5. Толщину слоя красного кирпича в стенке топочной камеры, рассмотренной в задаче 4, решено уменьшить в 2 раза, а между слоями поместить слой засыпки из диатомитовой крошки, коэффициент теплопроводности которой .

Какую нужно сделать толщину диатомитовой засыпки, чтобы при тех же температурах на внешних поверхностях стенки, что и в задаче 4, потери теплоты оставались неизменными?

 

6. Стены сушильной камеры выполнены из слоя красного кирпича толщиной δ1, мм и слоя строительного войлока. Температура на внешней поверхности кирпичного слоя tc1 , °С и на внешней поверхности войлочного слоя tc3 , °С.

 Коэффициент теплопроводности красного кирпича λ1, Вт/(м·К) и строительного войлока λ2, Вт/(м·К).

 Вычислить температуру в плоскости соприкосновения слоев и толщину войлочного слоя при условии, что тепловые потери через 1 м2 стенки не превышают q=110 Вт/м2

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δ1 250 125 250 125 125 250 250 500 250 125
tc1 110 120 130 140 115 120 125 130 135 140
tc3 25 30 35 20 25 28 35 30 20 15
λ1 0,7 0,6 0,55 0,6 0,7 0,7 0,6 0,5 0,55 0,7
λ2 0,046 0,045 0,044 0,046 0,044 0,046 0,045 0,046 0,047 0,048

 

7. Вычислить потери теплоты через единицу поверхности кирпичной обмуровки парового котла в зоне размещения водяного экономайзера и температуры на поверхностях стенки, если толщина стенки δ, мм, температура газов tж1, °С и воздуха в котельной tж2, °С.

Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки α1, Вт/(м2·К) и от стенки к воздуху α2,Вт/(м2·К). Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δ 250 200 250 125 130 150 200 230 250 125
tж1 700 650 700 750 730 750 700 600 630 680
tж2 30 28 25 20 25 28 30 32 35 25
α1 12 10 11 12 11 13 14 15 10 12
α2 23 21 22 23 25 24 20 21 22 25
λ 0,7 0,6 0,5 0,8 0,75 0,55 0,65 0,6 0,7 0,6

 

8. Определить тепловой поток через 1 м2 кирпичной стены помещения толщиной в два кирпича (δ=510 мм) с коэффициентом теплороводности λ1=0,8 Вт/(м·К).Температура воздуха внутри помещения tж1=18 °С; коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки α1=7,5 Вт/(м2·К); температура наружного воздуха tж2=−30 °С; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, обдуваемой ветром, α2=20 Вт/(м2·К). Вычислить также температуры на поверхностях стены, tc1 и tc2.

 

9. Вычислить плотность теплового потока q, Вт/м2, в пластинчатом воздухоподогревателе и значения температур на поверхностях листов, если известно, что средняя температура газов tж1, °С и средняя

температура воздуха tж2, °С, соответственно коэффициен-ты теплоотдачи α1, Вт/(м2·К) и α2, Вт/(м2·К). Толщина листов подогревателя δ, мм. Коэффициент теплопроводности материала листов λ, Вт/(м·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tж1 315 300 310 250 300 310 315 350 330 350
tж2 135 120 125 130 140 135 140 120 110 100
α1 23 21 22 23 24 25 24 23 22 23
α2 30 30 29 32 42 35 36 37 38 38
δ 2 1 0,5 3 2,5 2,7 2 3 1 2
λ 50 43 42 47 48 49 50 43 44 45

 

10. В камере сгорания парового котла с жидким золоудалением температура газов должна поддерживаться равной tж1, °С, температура воздуха в котельной tж2, °С. Стены топочной камеры выполнены из слоя огнеупора толщиной δ1, мм с коэффициентом теплопроводности λ1=0,28 (1+0,000833·t) Вт/(м·К) и слоя диатомитового кирпича с коэффициентом теплопроводности λ2=0,13·(1+0,000206·t) Вт/(м·К). Коэффи-циент теплоотдачи от газов к обмуровке α1, Вт/(м2·К) и от внешней поверхности топочной камеры к окружающему воздуху α 2, Вт/(м2·К).

 Какой должна быть толщина диатомитового слоя, чтобы потери в окружающую среду не превышали 750 Вт/(м2·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tж1 1300 1250 1200 1280 1240 1250 1260 1270 1280 1290
tж2 30 29 28 31 32 31 30 34 33 30
δ1 250 125 250 125 120 150 125 200 250 125
α1 30 29 28 31 30 32 33 29 30 31
α2 10 8 7 11 10 9 8 7 11 10

 

11. Паропровод диаметром 150/160 мм покрыт слоем тепловой изоляцией толщиной δиз, мм; коэффициенты теплопроводности стенки трубы λ1, Вт/(м·К) и изоляции λ2, Вт/(м·К). Температура на внутренней поверхности паропровода tс1, °С и на наружной поверхности изоляции tс3, °С.

Найти тепловые потери с 1 м паропровода и температуру на границе соприкосновения паропровода и изоляции.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δиз 100 95 96 97 98 99 100 101 100 95
λ1 50 48 45 52 49 50 52 49 50 47
λ2 0,08 0,07 0,05 0,04 0,08 0,07 0,06 0,05 0,07 0,08
tс1 400 450 430 420 430 435 440 450 420 400
tс3 50 45 46 46 47 48 49 50 467 47

 

12. Стальной трубопровод диаметром d1/d2=100/110 мм с коэффициентом теплопроводности λ1, Вт/(м·К) покрыт изоля-цией в два слоя одинаковой толщины δ, мм. Температура внутренней поверхности трубы tс1, °С и наружной tс4, °С

 Определить потери теплоты через изоляцию с 1 м трубопровода и температуру на границе соприкосновения слоев изоляции, если первый слой изоляции, накладываемый на поверхность трубы, выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности λ2, Вт/(м·К), а второй слой - из материала с коэффициентом теплопроводности λ3 =0,12 Вт/(м·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
λ1 50 48 45 46 47 48 49 50 50 48
δ 50 45 50 46 48 50 55 60 45 50
tс1 250 260 255 270 270 250 260 270 245 250
tс4 50 45 46 47 48 49 50 55 50 52
λ2 0,06 0,05 0,04 0,06 0,05 0,07 0,05 0,04 0,05 0,06

 

13. Как изменятся тепловые потери с 1 м трубопровода, рассмотренного в задаче 12, если слои изоляции поменять местами, т.е. слой с большим коэффициентом теплопроводности наложить непосредственно на поверхность трубы? Все другие условия оставить без изменений.

 

14. Паропровод диаметром d1/d2=160/170 мм покрыт слоем изоляции толщиной δ, мм с коэффициентом теплопроводности, зависящим от температуры следующим образом: λ=0,062·(1+0,000363·t).

 Определить потери теплоты с 1 м трубопровода и температуру на внутренней поверхности трубопровода, если температура наружной поверхности трубы tс2, °С, а температура внешней поверхности изоляции не должна превышать tс3, °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δ 100 120 110 150 140 120 100 120 110 115
tс2 300 250 270 250 260 290 300 310 320 300
tс3 50 45 48 60 55 60 50 50 55 50

 

15. Определить площадь поверхности нагрева конвективного пароперегревателя, выполненого из труб жаростойкой стали диаметром d1/d2=32/40 мм. Коэффициент теплопроводности стали λ, Вт/(м·К). Производительность пароперегревателя Q, кг/с пара. В пароперегреватель поступает сухой насыщенный пар при давлении p, МПа. Температура перегретого пара на выходе tп, °С. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α2, Вт/(м2·К), а от стенки к пару α1, Вт/(м2·К); средняя температура газов tж, °С. Гидравлическим сопротивлением пароперегревателя пренебречь.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
λ 39,5 40 38 37 37,5 38 39 39,5 38,5 38
Q 61,1 60 61 59 61,2 60 60 61 59 58
p 9,8 9 9,6 9,2 9,4 9,6 10 9,5 9 8
tп 500 400 450 500 400 350 400 450 500 500
α2 81,5 80 79 80 75 85 83 82 79 80
α1 1163 1100 1150 1120 1125 1150 1125 1150 1160 1155
tж 900 800 700 850 900 750 800 850 900 800

 

16. Резиновая пластина толщиной 2δ, мм нагретая до температуры tп,°С, помещена в воздушную среду с температурой tж,°С. Определить температуры в середине и на поверхности пластины через τ=20 мин после начала охлаждения. Коэффициент теплоотдачи от поверхности пластины к окружающему воздуху α, Вт/(м2·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2δ 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
tп 140 135 138 142 144 146 148 150 152 154
tж 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
α 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

 

17. Для условий предыдущей задачи определить температуру на расстоянии x=δ/2, мм от середины пластины. Определить также безразмерные температуры в середине и на поверхности пластины расчетным путем и сравнить результаты расчета со значениями Θx=0 и Θx=δ/2 полученными в задаче 16.

 

18. Определить промежуток времени по истечении которого лист стали, прогретый до температуры tп, °С, будучи помещен в воздушную среду, температура которой tж, °С, примет температуру, отличающую не более чем на 1% от температуры окружающей среды. Толщина листа 2δ, мм Коэффициент теплоотдачи от поверхности листа к окружающему воздуху α1, Вт/(м2·К). Указание: Для оценки характера распределения температуры по сечению листа необходимо воспользоваться формулой Θ=exp(−Bi·Fo), если Bi<<0,1

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tп 500 505 510 515 520 530 540 550 560 570
tж 20 22 24 26 28 30 35 40 45 50
δ 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
α 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

 

19. Определить время τ, необходимое для нагрева листа стали толщиной 2δ, мм который имел начальную температуру tп,°С, а затем был помещен в печь с температурой tж,°С. Нагрев считать законченным, когда температура листа достигнет значения t,°С. Коэффициент теплоотдачи к поверхности листа α, Вт/(м2·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2δ 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
tп 20 22 24 26 28 20 22 24 26 28
tж 600 605 610 614 590 595 600 615 595 600
t 450 400 410 415 420 430 435 440 445 450
α 24 30 40 45 50 55 60 65 70 75

 

20. Длинный стальной вал диаметром d, мм который имел температуру tп,°С, был помещен в печь с температурой tж,°С. Определить время τ, необходимое для нагрева вала , если нагрев считать законченным, когда температура на оси вала t,°С. Определить также температуру на поверхности вала в конце нагрева, если коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м2·К).

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138
tп 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
tж 820 830 840 850 860 870 880 890 900 910
t 800 805 820 830 840 860 860 870 880 800
α 140 110 120 130 140 150 115 125 135 100

 

21. Определить значения температур на поверхности и на оси вала в условиях предыдущей задачи по истечении 25 и 40 мин после загрузки вала в печь.

 

22. Cтальной слиток, имеющий форму параллелепипеда с размерами (200×400×500) мм имел начальную температуру tп, °С, а затем был помещен в печь с температурой tж, °С. Определить температуру в центре слитка через τ, час после его загрузки в печь, если коэффициент теплоотдачи на поверхности слитка α, Вт/(м2·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tп 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
tж 1400 1410 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560
τ 1,5 1,6 1,7 1,8 1,2 1,4 1,6 1,8 1,3 1,4
α 186 180 182 184 186 188 190 192 194 196

 

23. В условиях предыдущей задачи найти температуры в серединах граней размером (200×400) мм и (200×500) мм.

 

24. Стальная болванка цилиндрической формы диаметром d, мм и длиной L, мм в начальный момент времени была равномерно прогрета до температуры tп, °С. Болванка охлаждается на воздухе, который имеет температуру tж, °С. Определить температуру в центре болванки и в середине торцевой поверхности через τ, час после начала охлаждения. Коэффициент теплоотдачи от поверхности α, Вт/(м2·К).

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98
L 160 120 130 140 150 160 170 180 190 200
tп 800 805 810 815 820 825 830 835 840 845
tж 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
τ 30 32 34 36 38 40 35 25 15 20
α 120 122 124 126 130 135 140 145 150 155

 

25. При условиях охлаждения стальной болванки, рассмотренной в предыдущей задаче, определить температуру в центре болванки и в середине торцевой поверхности, если ее размеры увеличены в 2 раза, а все остальные условия остаются без изменений.

 

26. Длинная стальная балка прямоугольного сечения с размерами в поперечном сечении (400×320) мм в начальный момент времени имела температуру tп, °С, а затем была помещена для охлаждения в среду с температурой tж, °С. Коэффициент теплоотдачи с поверхности балки в процессе охлаждения оставался постоянным и равным α, Вт/(м2·К).

Рассчитать температуру на оси балки для τ=1, 2, 3 и 4 ч после начала охлаждения.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tп 1000 1005 1100 1060 1070 1080 1090 1150 1160 1170
tж 20 22 23 25 26 28 32 34 36 40
α 170 180 150 160 155 165 175 140 145 130

 

27. Стальная пластина толщиной 2δ=400 мм нагревается в печи, имеющей постоянную температуру tж,°С. Температура пластины в момент помещения ее в печь была всюду одинаковой и равной tп,°С. Коэффициент теплоотдачи к поверхности пластины в процессе нагрева оставался постоянным и равным α, Вт/(м2·К). Два других размера пластины велики по сравнению с толщиной и температурное поле пластины можно рассматривать как одномерное. Определить количество теплоты, которое будет подведено к 1 м пластины в течении 2 ч после начала нагрева. Сталь выбрать самим.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tж 800 500 550 600 650 700 750 800 850 900
 tп 30 25 30 35 40 20 25 30 35 40
α 200 100 120 140 160 180 190 210 215 195

 

28. В экспериментальной установке для определения коэффициента теплопроводности твердых тел методом регулярного режима исследуемый материал помещен в шаровой калориметр радиусом r=30 мм. После предварительного нагрева калориметр охлаждается в воздушном термостате, температура в котором tж, °С поддерживается постоянной и равной 20 °С. В результате предварительных исследований установлено, что коэффициент теплоотдачи от поверхности калориметра к окружающему воздуху α, Вт/(м2·К) и коэффициент температуропроводности материала а=3,37·10‒7 м2/c.

Вычислить коэффициент теплопроводности исследуемого материала, если в процессе охлаждения после наступления регулярного режима температура в центре калориметра за Δτ уменьшилась от t1 =27 °С до t2=27 °С.

Вопросы к разделу 1.

1. Назовите основные виды теплообмена.

2. Что называется конвективным теплообменом?

3. Что называется сложным теплообменом?

4. Что называется температурным полем?

5. Что называется градиентом температурного поля?

6. Что называется теплопроводностью?

7. Опишите особенности теплопроводности различных веществ.

8. Сформулируйте уравнение Фурье для трехмерного температурного поля.

9. Что называется температуропроводностью?

10. Какими величинами задаются граничные условия первого, второго и третьего рода?

11. Сформулируйте закон Ньютона-Рихмана.

12. По какому закону изменяется температура в однослойной плоской стенке?

13. От каких величин зависит тепловой поток, переда­ваемый теплопроводностью через однослойную пло­скую стенку?

14. Что называется эквивалентной теплопроводностью?

15. Как определяется температура между слоями в мно­гослойной плоской стенке?

16. Каков закон изменения температуры в цилиндриче­ской стенке?

17. От каких величин зависит теплопроводность одно­слойной цилиндрической стенки?

18. Как определяется эквивалентная теплопроводность цилиндрической стенки?

19. Как определяется температура между слоями в многослойной цилиндрической стенке?

20. Что называется теплопередачей?

21. Опишите передачу тепла через стенку.

22. Каким уравнением описывается передача теплоты че­рез стенку?

23. Как получается основное уравнение теплопередачи?

24. Что называется коэффициентом теплопередачи?

25. Что называется общим термическим сопротивлением и из каких величин оно складывается?

26. Как определяется коэффициент теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку, дать опреде­ление.

27. Как определить тепловой поток и коэффициент теп­лопередачи через многослойную цилиндрическую стенку?

28. Как определить температуры внутренней и наружной поверхностей цилиндрической стенки?

29. Что называется критическим диаметром изоляции, как он определяется?

30. Какие требуются условия, чтобы изоляция уменьшала потери тепла?

31. В каких случаях и за счёт чего можно интенсифици­ровать теплопередачу?

32. Какое существует общее правило для интенсифика­ции теплопередачи?

33. Достаточно ли знать условия однозначности, чтобы описать процесс изменения температурного поля в твердом теле?

34. Достаточно ли знать дифференциальное уравнение теплопроводности, чтобы определить температурное поле в твердом теле (в любой точке и в любой мо­мент времени?)

35. Одинаковы ли единицы коэффициентов температуро­проводности и теплопроводности?

36. Зависит ли от характера граничных условий вид фор­мулы, полученной после решения дифференциально­го уравнения теплопроводности и описывающей температурное поле?

37. Верно ли, что безразмерная координата X становится равной 0 в центре пластины толщиной 2δ?

38. Включен ли в число Био коэффициент теплопровод­ности жидкой среды?

39. Одинаково ли написание линейных размеров, входя­щих в состав числа Фурье для пластины и для цилин­дра?

40. Может ли безразмерная температура увеличиваться в режиме нагрева или в режиме охлаждения?

41. Можно ли по типовым диаграммам вида Θ=f(Fo,Bi) для цилиндра определить безразмерную температуру в любой точке неограниченного цилиндра?

42. Сколько необходимо иметь диаграмм вида Θ=f(Fo, Bi) для цилиндра, чтобы определить разность безраз­мерных температур между серединой и поверхностью неограниченной пластины?

43. В случае теплопередачи от воды к воздуху через разделяющую их металлическую стенку является ли оребрение стенки со стороны воздуха более эффек­тивным, чем со стороны воды?

44. Одинаково ли написание линейных размеров, входя­щих в состав числа Био для пластины и для цилинд­ра?

45. Может ли Био увеличиваться в режиме нагрева или в режиме охлаждения?

46. Можно ли по типовым диаграммам вида Bi=f(Fo, Θ) для шара определить безразмерную температуру в любой точке шара?

47. Сколько необходимо иметь диаграмм вида Θ=f(Fo, Bi) для пластины, чтобы определить разность безраз­мерных температур между серединой и поверхностью неограниченной пластины?

Раздел 2.  ИЗЛУЧЕНИЕ

Таблица вариантов индивидуального задания к разделу 2

№ ва-рианта И.З.

Номер задачи

Номер вопроса
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
1 1 5 9 13 17 20 15 10 13 16 18 30 42 54
2 2 6 10 14 18 2 19 2 49 59 29 41 63 15
3 3 7 11 15 19 13 17 3 5 6 10 12 14 16
4 4 8 12 16 20 14 18 4 7 17 18 19 20 21
5 1 2 4 6 12 16 20 11 13 41 42 43 44 45
6 10 12 14 16 18 20 8 13 46 47 6 9 10 11
7 20 8 18 16 23 14 25 26 27 28 29 30 31 33
8 3 5 7 9 21 24 1 20 30 40 22 24 41 46
9 12 14 16 17 19 2 20 13 46 47 6 9 10 11
10 1 2 3 4 5 6 7 70 63 71 60 50 49 67
11 2 11 3 5 8 12 17 24 21 11 8 6 45 46
12 7 8 9 12 13 15 18 23 34 45 16 1 2 3
13 18 12 13 19 3 5 16 10 1 2 3 6 9 22
14 4 3 8 11 13 18 14 1 3 5 7 9 34 45
15 1 2 3 4 5 6 9 41 42 43 44 45 46 47
16 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
17 14 2 1 17 18 3 7 14 25 26 27 28 29 30
18 13 14 15 18 19 11 5 9 31 32 33 34 35 36
19 1 3 5 6 7 2 20 37 38 39 40 41 42 43
20 11 12 13 14 15 16 17 61 63 64 65 68 44 45

 

Задачи к разделу 2

1. Поверхность стального изделия имеет температуру t, °С и степень черноты ε. Излучающую поверхность можно считать серой. Вычислить плотность собственного излучения поверхности изделия и длину волны, которой будет соответствовать максимальное значение спектральной интенсивности излучения.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t 727 800 790 750 745 750 760 730 770 760
ε 0,7 0,8 0,6 0,5 0,65 0,7 0,6 0,8 0,55 0,55

 

2. Определить, какую долю излучения, падающего от абсолютно черного источника, будет отражать поверхность полированного алюминия при температуре t,°С, если известно, что при этой температуре излучательная способность поверхности Е, Вт/м2. Температура источника черного излучения равна температуре поверхности алюминия.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t 250 230 235 240 245 250 260 270 280 300
Е 170 160 180 170 180 190 160 140 150 140

 

 3. Прибор для измерения высоких температур - оптический пирометр основан на сравнении яркости исследуемого тела с яркостью черного источника и поэтому он измеряет температуру, которую имело бы абсолютно черное тело при той же яркости излучения, какой обладает исследуемое тело. В пирометре используется красный светофильтр (l=0,65 мкм). Какова истинная температура тела, если пирометр зарегистровал температуру, 1400°С, а степень черноты тела ε при l =0,65 мкм равна 0,6?

 

4. Обмуровка топочной камеры парового котла выполнена из шамотного кирпича, а внешняя обшивка - из листовой стали. Расстояние между обшивкой и кирпичной кладкой равна 30 мм, и можно считать его малым по сравнению с размерами стен топки.

 Вычислить потери теплоты в окружающую среду с единицы поверхности в единицу времени в условиях стационарного режима за счет лучистого теплообмена между поверхностями обмуровки и обшивки. Температура внешней поверхности обмуровки t1, °С, а температура стальной обшивки t2, °С. Степень черноты шамота εш, и листовой стали εст.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t1 120 150 180 200 150 130 140 135 125 120
t2 50 50 30 40 30 45 40 35 40 45
εш 0,8 0,7 0,8 0,75 0,7 0,8 0,75 0,8 0,8 0,7
εст 0,6 0,6 0,5 0,55 0,6 0,7 0,6 0,7 0,6 0,5

 

5. Какой должна быть степень черноты экрана для того, чтобы при наличии одного защитного экрана между обмуровкой и стальной обшивкой тепловые потери в окружающую среду за счет излучения не превышали E, Вт/м2? Все другие условия сохраняются, как в предыдущей задаче.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
E 60 50 70 80 75 65 70 80 60 55

 

6. Нагрев стальной болванки осуществляется в муфельной электрической печи с температурой ее стенок tc,°С. Степень черноты поверхности стальной болванки ε1 (средняя за период нагрева) и степень черноты шамотной стенки муфельной печи ε2 . Площадь поверхности печи, участвующей в лучистом теплообмене, F2 существенно превышает площадь поверхности болванки F1, т. е. F1<<F2.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc 1200 1300 950 1100 1200 1250 1000 1100 1100 1150
ε1 0,8 0,85 0,8 0,7 0,8 0,75 0,6 0,5 0,6 0,7
ε2 0,65 0,7 0,6 0,8 0,75 0,7 0,8 0,8 0,7 0,8

 

7. Цилиндрический сосуд для хранения жидкого кислорода выполнен с двойными стенками, покрытыми слоем серебра, коэффициент поглощениякоторого А1=А2. На наружной поверхности внутренней стенки температура t2, °С, а на внутренней поверхности наружной стенки температура t1, °С. Расстояние между стенками мало и поверхность F1 можно считать равной поверхности F2 . Вычислить тепловой поток, проникающий в сосуд через стенки путем лучистого теплообмена, если теплоотдающая поверхность F, м2.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A1 0,02 0,03 0,03 0,025 0,02 0,03 0,02 0,025 0,025 0,02
t1 −183 −180 −175 −181 −180 −183 −160 −170 −175 −185
t2 20 25 26 24 22 23 23 21 22 23
F 0,157 0,160 0,180 0,140 0,170 0,180 0,130 0,140 0,160 0,170

 

8. Паропровод наружным диаметром d, мм расположен в большом помещении с температурой воздуха t1, °С. Температура поверхности паропровода t2, °С. Определить тепловые потери с единицы длины паропровода за счет излучения и конвекции. Степень черноты поверхности паропровода ε. Температуру стен помещения t3, °С можно принять равной температуре воздуха. Найти также соответствующие тепловые потери при температуре паропровода 200 °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 180 190 200 220 250 260 240 220 225 230
t1 25 20 22 30 27 22 25 26 22 23
t2 400 350 320 380 350 360 370 380 400 390
F 0,8 0,7 0,7 0,8 0,7 0,6 0,7 0,8 0,65 0,75

 

9. Температура воздуха в помещении измеряется ртутным термометром. Термометр показывает t, °С. Температура стен помещения равна tc, °С. Оценить ошибку в показаниях термометра, которая возникает за счет лучистого теплообмена между термометром и стенами помещения, и действительную температуру воздуха, приняв степень черноты стекла равной ε, а коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности термометра α, Вт/(м2∙К).


 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t 27 30 28 30 31 29 25 24 22 20
tc 25 25 26 28 29 27 22 21 20 18
ε 0,94 0,9 0,85 0,9 0,95 0,9 0,8 0,86 0,88 0,9
α 5 10 6 7 8 9 11 12 13 14

 

10. Температура двух пластин, помещенных в вакуум, равны tc1, °С и tc2, °С. Степень черноты пластин одинакова и равна ε. Между пластинами, которые расположены параллельно друг другу, установлен экран, имеющий степень черноты εэ. Вычислить плотность, теплового потока, проходящего через экран, и температуру экрана.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc1 127 130 140 150 160 170 135 140 145 155
tc2 327 400 380 400 390 350 360 370 380 400
ε 0,8 0,7 0,6 0,7 0,8 0,9 0,8 0,7 0,6 0,7
εэ 0,05 0,03 0,04 0,05 0,06 0,05 0,07 0,03 0,04 0,05

 

11. Нагревательную печь с целью уменьшения тепловых потерь окружили стальным экраном. Размеры печи велики по сравнению с расстоянием между ее наружной поверхностью и экраном. В результате измерений было получено, что температура наружной поверхности кладки печи равна tc1, °С, а температура стального экрана tэ, °С. Найти плотность результирующего лучистого потока от поверхности кладки к экрану, приняв степень черноты кладки и экрана равными соответственно ε и εэ.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc1 107 100 110 115 120 118 105 125 130 112
tэ 57 50 55 60 65 70 50 75 80 60
ε 0,85 0,8 0,7 0,85 0,8 0,8 0,7 0,8 0,6 0,6
εэ 0,75 0,7 0,6 0,7 0,75 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7

 

12. В опытной установке для определения степени черноты тел для поддержания постоянной температуры tc1, °С вольфрамовой проволоки диаметром d, мм и длиной L, мм затрачивалась электрическая мощность Q, Вт. Поверхность вакуумной камеры, в которую помещена проволока, велика по сравнению с поверхностью проволоки. В процессе испытаний температура поверхности стенок вакуумной камеры поддерживалась постоянной и равной tc2, °С. Определить степень черноты вольфрамовой проволоки при температуре tc3, °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc1 800 900 1000 1100 850 820 880 890 900 1120
d 3 5 4 3 3 3 3 2,5 3 3
L 200 210 220 250 200 150 240 230 205 235
Q 20 22 30 35 20 18 26 28 21 40
tc2 20 22 25 26 20 20 24 25 27 21
tc3 900 1000 1100 1200 950 920 980 990 1000 1220

 

13. Определить плотность потока собственного излучения металлической заготовки, температура поверхности которой tc, °С, а степень черноты ε. Вычислить длину волны, которой соответствует максимальная спектральная плотность излучения.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc 800 1100 900 1250 700 1000 500 1100 600 450
ε 0,55 0,9 0,65 0,8 0,8 0,6 0,35 0,8 0,6 0,4

 

14. Определить максимальное значение спектральной плотности излучения металлической заготовки, температура поверхности которой равна tc, °С, а степень черноты равна ε.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc 800 1100 900 1250 700 1000 500 1100 600 450
ε 0,55 0,9 0,65 0,8 0,8 0,6 0,35 0,8 0,6 0,4

 

15. Поверхность металла, имеющая температуру tc, °С отражает R, %, подающего на нее излучения абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре поверхности металла. Определить поток и плотность потока собственного, поглащенного, результирующего и эффективного излучений если поверхность имеет размеры А×В, мм. При расчете принять, что поверхность серая.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc 500 900 1100 1300 700 800 600 1000 1200 100
R 40 25 15 65 20 15 45 20 10 35
A 500 800 900 1400 800 1900 1700 250 700 600
B 800 1200 400 600 400 1600 2000 700 1100 1200

 

16. Для уменьшения потерь тепла излучением от внешней поверхности кладки печи, имеющей степень черноты ε и температуру tc,°С, кладка покрыта тонким металлическим экраном, имеющим степень черноты εэ и температуру tэ, °С. Вычислить плотность потока тепла, теряемого в окружащую среду в условиях стационарного режима, считая расстояние между кладкой и экраном бесконечно малым по сравнению с размерами стены. Как изменится эта величина, если экран отсутствует?

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ε 0,8 0,85 0,75 0,9 0,95 0,90 0,80 0,70 0,90 0,80
tc 150 120 110 90 100 120 130 90 96 125
εэ 0,6 0,55 0,40 0,45 0,50 0,65 0,60 0,45 0,50 0,60
tэ 15 20 30 25 10 15 20 25 30 20

 

17. Две серые плоские поверхности, расположенные параллельно друг другу, имеют степени черноты и температуры соответственно ε1, tc1, °С и ε2, tc2, °С. Определить плотности результирующего теплового потока для каждой поверхности. Как изменится величина плотности езультирующего потока тепла для каждой поверхности, если между ими установлен тонкий металлический экран, имеющий степень черноты εэ? Определить температуру экрана. При расчете принять, что поверхности разделены лучепрозрачной средой.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ε1 0,8 0,8 0,6 0,5 0,6 0,4 0,8 0,2 0,6 0,6
 tc1 300 400 500 800 1000 200 600 400 300 150
ε2 0,8 0,6 0,8 0,9 0,8 0,2 0,5 0,6 0,8 0,9
tc2 100 50 200 300 200 800 400 200 150 600
εэ 0,8 0,4 0,2 0,5 0,7 0,9 0,65 0,35 0,25 0,40

 

18. В электрической муфельной печи высотой Н, м, шириной В, м, нагревается плоская металлическая заготовка, расположенная на поду печи, до температуры tмк, °С. Начальная температура заготовки равна tмн, °С, ее степень черноты равна ε1 и не зависит от температуры; температура внутренней поверхности печи и ее степень черноты равны соответственно tc, °С, и ε2. Определить плотность результирующего теплового потока на поверхности металла в начале, конце и ходе нагрева, когда его температура составляет t, °С. При расчете принять, что заготовка покрывает практически весь под печи.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
H 0,5 0,8 1,2 1,0 0,9 1,4 0,9 1,1 1,5 1,4
B 0,9 1,2 1,8 1,6 1,4 2,0 1,4 1,5 2,2 2,2
tмк 1000 900 700 800 950 850 1050 1100 750 950
tмн 20 20 60 50 40 30 100 25 35 30
ε1 0,8 0,8 0,6 0,65 0,7 0,83 0,8 0,85 0,45 0,55
tc 1200 1100 950 1050 1100 1100 1250 1250 1000 1100
ε2 0,8 0,8 0,8 0,7 0,78 0,79 0,8 0,75 0,72 0,7

t=

=0,2·tмк

=0,4·tмк

=0,8·tмк

 

19. Трубы металлического рекуператора диаметром d, мм по отношению к поверхности кладки дымового канала установлены в n рядов с шагом между трубами, равным S, мм. Определить средние угловые коэффициенты излучения данной системы. Как изменится угловой коэффициент, если шаг между трубами увеличить в два раза?

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 50 60 70 60 55 75 65 45 40 35
n 4 7 5 3 5 6 7 8 9 11
S 80 90 120 75 100 120 95 75 80 75

 

20. Температура продуктов сгорания, содержащих m % СО2 и n % Н2О равна t, °С. Определить степень черноты продуктов сгорания и плотность потока собственного излучения их, если камерная печь имеет размеры: высота Н, м; ширина В, м; длина L, м. Давление продуктов сгорания принять равным атмосферному.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t 900 1400 1500 1250 1350 1450 1050 1150 1100 1120
H 0,9 1,2 1,6 1,4 1,1 1,0 1,2 1,4 1,3 1,0
B 1,1 1,4 1,8 1,6 1,3 1,2 1,5 1,7 1,6 1,4
L 1,8 2,4 3,2 2,8 2,4 2,6 2,8 2,6 3,2 2,5
m 8 7 9 12 6 9 4 13 9 7
n 16 12 12 18 11 16 13 18 14 14

Вопросы к разделу 2.

48. Какие соображения следует учитывать при выборе материала для изготовления экрана?

49. Между плоскими параллельными поверхностями, имеющими температуры T1 и Т2, устанавливаются два экрана. Степени черноты всех поверхностей одинаковы. Определить температуры экранов, при­веденную степень черноты системы и коэффициент ослабления.

50. Когда повышается эффективность экранирования в системе цилиндрических поверхностей?

51. Зависит ли эффективность экранирования в системе плоских поверхностей от расположения экрана?

52. Напишите расчетную формулу для Qрез, В системе 2 цилиндрических поверхностей без экранов в случае, когда F1=F2.

53. Какое практическое применение находят закономер­ности РТО при наличии экранов?

54. Когда повышается эффективность экранирования в системе цилиндрических поверхностей?

55. Напишите расчетную формулу для Qpea. B системе двух цилиндрических поверхностей без экранов в случае, когда F1>>F2.

56. Как рассчитать яркость собственного излучения диффузно излучающего тела, имеющего температу­ру Т и степень черноты ε?

57. Определить интегральную степень черноты диффуз­но излучающего тела, яркость которого при темпе­ратуре 1000 К равна 5670 Вт/(м ∙ стер).

58. Запишите формулировку яркостной температуры.

59. Чему равна спектральная поглощательная способ­ность а.ч.т.?

60. Как зависит от температуры источника а.ч.т. излучения интегральная поглощательная способность не­окисленной металлической и диэлектрической по­верхностей?

61. Что называется парниковым эффектом? Чем объяс­няется его происхождение?

62. Запишите формулировку цветовой температуры.

63. Чему равна интегральная поглощательная способ­ность а.ч.т.?

64. Как объяснить тот факт, что интегральная поглоща­тельная способность некоторых "светлых" тел (влаж­ный снег, свежая побелка) близка к 1?

65. Почему интегральная поглощательная способность в общем случае не равна его интегральной степени черноты?

66. Откуда следует, что интенсивность собственного из­лучения а.ч.т. превосходит интенсивность собствен­ного излучения реального тела при данной темпе­ратуре?

67. Яркостная температура тела всегда меньше истин­ной. Почему?

68. Каким выражением описывается зависимость спек­тральной плотности потока собственного излучения серого тела от длины волны?

69. Справедлив ли для серых тел закон смещения Вина?

70. На поверхность серого тела, идеально теплоизолированного от окружающей среды, падает солнечное излучение с Епад=1400 Вт/м2. Чему равна стационарная температура тела?

71. Дайте геометрическую интерпретацию спектральной поглощательной способности тела.

72. От чего зависит интегральная поглощательная способность тела?

73. Как, используя оптический пирометр, определить истинную температуру тела, спектральная степень черноты которого неизвестна?

74. От чего зависит яркость отраженного излучения?

75. Справедлив ли для черных тел закон смещения Ви­на?

76. Чему равна плотность потока эффективного излуче­ния а.ч.т.?

77. В каком случае эффективное излучение называется диффузным? Чему равна яркость эффективного из­лучения? Определить средний угловой коэффици­ент излучения между прилежащими гранями куба, если угловой коэффициент между противолежащи­ми гранями равен а.

78. Чему равна плотность потока эффективного излуче­ния тел, входящих в термодинамическую систему (равновесную) при температуре Т?

79. Дайте определение элементарного углового коэффи­циента излучения.

80. Определить средний угловой коэффициент излуче­ния с внешнего цилиндра на внутренний, если имеем два длинных коаксиальных цилиндра диаметрами d1и d2.

81. Перечислите и докажите свойства угловых коэффи­циентов излучения.

82. Определить степень черноты серой непрозрачной поверхности, зная ее температуру и плотности пото­ков падающего и результирующего излучений.

83. Почему при заданной интенсивности падающего излучения температура серой адиабатной поверхности не зависит от ее степени черноты?

84. Плотность потока излучения, падающего на серую адиабатную поверхность, равна 56700 Вт/м. Опреде­лить температуру поверхности.

85. Выразить поток результирующего излучения через эффективное.

86. Определить плотность потока результирующего излучения серой непрозрачной поверхности, зная ее температуру, степень черноты и плотность потока падающего излучения.

87. Почему интенсивность РТО в системе серых тел не зависит от степени черноты адиабатной поверхно­сти?

88. Определить плотность потока поглощенного излу­чения для серой непрозрачной поверхности, зная ее температуру и плотности потоков эффективного и результирующего излучения,

89. Чему равна температура серой адиабатной поверх­ности?

90. Замкнутая система образована двумя абсолютно чер­ными поверхностями (одна из которых является пло­ской), имеющими температуры Т1 и Т2. Определить потоки излучения, падающие на каж­дую из поверхностей.

91. Температура газа, движущегося в канале, измеряет­ся при помощи термопары. Температура стенки ка­нала Тст=473 К, степень черноты спая термопары 0,8, коэффициент конвективной теплоотдачи от газа к поверхности спая 60 Вт/(м • К):

92. а) определить температуру газа, если известно по­казание термопары, равное 573 К;

93. б) определить показание термопары при температу­ре газа Тг=523 К.

94. Почему интенсивность РТО между двумя парал­лельными плоскостями при возрастании степени черноты излучающей поверхности увеличивается?, Лучевоспринимающую поверхность считать абсо­лютно черной.

95. Почему интенсивность РТО между двумя парал­лельными плоскостями при возрастании степени черноты лучевоспринимающей поверхности увели­чивается? Излучающую поверхность считать абсо­лютно черной.

96. Может ли тело поглощать больше лучистой энергии, чем излучать?

97. Может ли отраженный лучистый поток быть боль­ше падающего лучистого потока?

98. Одинаковы ли единицы, используемые для поверх­ностной плотности потока интегрального излучения и для спектральной плотности потока излучения?

99. Всегда ли тело, температура которого выше темпе­ратуры окружающей среды, излучает энергии боль­ше, чем поглощает?

100. Может ли возрастать спектральная плотность потока излучения при увеличении длины волны излучения?

101. Может ли убывать спектральная плотность потока излучения при увеличении длины волны излучения?

102. Может ли собственное излучение тела быть меньше отраженного этим телом излучения?

103. Может ли собственное излучение тела быть больше поглощенного этим телом излучения?

104. Может ли собственное излучение тела быть больше эффективного излучения этого тела?

105. Может ли собственное излучение тела быть больше потока результирующего излучения, направленно­го от тела?

106. Может ли в условиях равновесного излучения сте­пень черноты тела отличаться по значению от поглощательной способности этого тела?

107. Всегда ли степень черноты тела и его поглощатель-ная способность одинаковы?

108. Если растягивать раскаленную спираль электриче­ской лампы накаливания, регулируя током постоян­ство температуры (и электрического сопротивления) спирали, то, возможно ли при этом снижение силы тока?

109. Может ли серое тело излучать больше энергии, чем черное тело таких размеров и в такой же окружаю­щей среде, если температуры серого и черного тел одинаковы?

110. Может ли серое тело поглощать больше энергии, чем черное тело таких же размеров и в такой же ок­ружающей среде, если температуры серого и черно­го тел одинаковы?

111. Может ли серое тело поглощать больше энергии, чем черное тело, если размеры и температуры серого и черного тел одинаковы, а температура окружаю­щих тел различна?

112. Зависит ли поток лучистой энергии, поглощенной телом, от изменения температуры окружающей сре­ды, если поглощательная способность тела постоян­на?

113. Можно ли определить результирующий поток излу­чения как разность собственного и падающего излу­чения?

114. Влияет ли на эффективный лучистый поток от дан­ной поверхности расположение и форма приемника этого излучения?

115. Необходимо ли знание закона Стефана‑Больцмана для вычисления потока результирующего излуче­ния?

116. Достаточно ли знание величин, которые использу­ются в законе Стефана‑Больцмана, для вычисления потока результирующего излучения?

117. Влияет ли форма и расположение внешних источни­ков излучения на вид расчетной формулы для при­веденной поглощательной способности?

118. Влияет ли температура внешних источников излуче­ния на способ расчета приведенной поглощательной способности?

119. Может ли приведенная поглощательная способность быть выше поглощательной способности тела?

 

Раздел 3. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛО- И МАССООБМЕН

Таблица вариантов индивидуального задания к разделу 3

№ ва-рианта И.З.

Номер задачи

Номер вопроса
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
1 1 5 9 13 17 21 25 1 3 6 8 10 12 14
2 2 6 10 14 18 22 26 2 4 5 9 11 13 15
3 3 7 11 15 19 23 20 3 5 6 10 12 14 16
4 4 8 12 16 20 24 20 4 7 17 18 19 20 21
5 1 2 4 6 22 26 14 11 13 21 22 43 24 15
6 10 12 14 16 18 22 19 13 16 17 6 9 10 11
7 20 8 18 16 23 24 25 26 27 28 29 30 31 33
8 3 5 7 9 21 24 1 20 30 40 22 24 41 46
9 12 14 16 17 19 22 20 13 27 37 6 9 10 11
10 1 2 3 4 5 6 7 9 8 7 6 5 4 31
11 22 11 3 5 8 12 26 24 21 11 8 6 15 16
12 7 8 9 12 13 15 18 23 34 45 16 1 2 3
13 18 12 13 23 3 5 16 10 1 2 3 6 9 22
14 4 3 8 11 13 22 24 1 3 5 7 9 34 35
15 1 2 3 4 5 6 9 1 12 13 24 25 26 27
16 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
17 24 25 26 27 18 3 7 14 25 26 27 28 29 30
18 13 14 15 23 24 11 5 9 31 32 33 34 35 36
19 1 3 5 6 7 22 21 37 30 9 4 11 1 13
20 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1 15

Задачи к разделу 3

1. Необходимо опытным путем определить распределение температур в длинном стальном вале диаметром d, мм через τ, час после загрузки его в печь. Коэффициент теплоотдачи к валу в печи α, Вт/(м2·К).

Исследование решено проводить в небольшой печи на геометрически подобной модели вала, выполненной из легированной стали. Определить диаметр модели вала и промежуток времени, через который после загрузки модели в печь необходимо измерить расспределение температур в модели.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 400 360 350 370 380 390 400 410 420 450
τ 2,5 3,0 1,0 1,5 2,0 3,5 4,0 2,9 3,2 1,8
α 116 110 120 125 100 105 110 115 120 130

 

Для модели (для всех вариантов)

λ м=16 Вт/(м·К);

aм=0,53·10‒5 м2/c;

αм=150 Вт/(м2·К).

2. Определить диаметр модели вала d, мм и необходимое значение коэффициента теплоотдачи, при которых в условиях предыдущей задачи подобие температурных полей наступит через τ, мин после загрузки модели в печь. Определить также соотношения между линейными размерами, временем и температурами для вала и модели, если известно, что их температуры при загрузке и температуры среды в печах были равны соответственно t0, t0м, tж, tжм, °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
 τ 15 20 18 10 22 24 12 14 16 15
t0 10 12 14 16 18 20 10 12 14 16
t0м 20 22 24 26 28 30 20 22 24 26
tж 1000 1005 1010 1012 1015 1018 1020 1000 1005 1010
tжм 200 205 210 212 214 216 218 220 205 210

 

3. На газопроводе перегретого пара диаметром d, мм установлена измерительная диафрагма, которая должна быть специальна протарированна т.е. должна быть найдена зависимость Δp=f(G), где Δp - перепад статических давлений в диафрагме, Па; G - расход пара, кг/с. Так как по производственным причинам тарировка не могла быть произведена непосредственно на образце, то для этой цели была изготовлена модель в 1/5 натуральной величины. В результате испытаний модели на воде, температура которой tжм,, °C, были получены значения перепадов давлений на диафрагме при различных расходах воды. Результаты измерений приведены ниже:

 

Δp, Па 477 1178 4520 18050 72200
G, кг/с 2,22 4,44 8,88 17,76 35,52

 

Найти зависимость Δp=f(G) для образца при течении пара в автомодельной области и указать границы ее применения. Давление пара p=98 кПа. Температура пара tж=250 °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 320 330 340 350 360 370 380 390 400 420
tжм 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

 

4. По трубке диаметром d, мм и длиной L, м течет горячая вода, отдающая теплоту через стенку трубы к среде, омывающей трубку снаружи. Расход воды через трубку G, кг/с; температура воды на входе tж1, °С; температура воды на выходе tж2, °С; средняя температура стенки трубки tc, °С.

Вычислить значения критериев Nu, Re и Pе, приняв в качестве определяющей температуры среднеарифметическую температуру жидкости. Коэффициент теплоотдачи отнести к средней арифметической разности температур между водой и стенкой.


 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 10 12 14 16 18 20 22 24 16 18
L 2,1 2,0 2,2 2,5 1,8 2,0 1,6 1,8 2,2 2,0
G 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009
tж1 87 90 85 92 94 96 90 92 94 85
tж2 20 22 24 26 28 30 24 26 28 30
tc 10 12 14 16 12 14 16 18 10 12

 

5. Тонкая пластина длиной L0, м и шириной A, м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответстенно W, м/с; t0, °С. Температура поверхности пластины tc, °С. Определить средний по длине пластины коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемой пластиной воздуху.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
L0 1,5 1,8 2,0 2,2 2,4 2,5 1,8 1,9 2,1 2,3
A 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 2,0
W 1 1,5 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2
t0 10 15 20 22 24 25 28 30 15 20
 tc 90 92 94 96 98 100 110 120 130 140

 

6. Вычислить для условий предыдущей задачи толщину гидродинамического пограничного слоя и значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины x=0,1·L0; 0,2·L0; 0,5·L0 и 1,0·L0. Построить график зависимости толщины гидродинамического пограничного слоя и коэффициента теплоотдачи от относительного расстояния x/L0.

 

7. Тонкая пластина длиной L0, мм обтекается продольным потоком жидкости. Температура набегающего потока t0,°С. Вычислить критическую длину x, предельную толщину ламинарного пограничного слоя, значения местных коэффициентов теплоотдачи и тощину ламинарного пограничного слоя на расстояниях x=0,1·L0; 0,2·L0; 0,5·L0 и 1,0·L0 от передней кромки пластины. Расчет произвести для двух случаев:

а) пластина обтекается воздухом при скорости набегающего потока W1, м/с;

б) пластина обтекается водой при W2=2 м/с.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
 L0 110 115 120 125 130 135 140 145 150 125
t0 10 15 20 22 24 26 28 30 15 20
W1 5 6 7 8 9 10 6 7 8 9

 

8. Вычислить для условий предыдущей задачи значение среднего коэффициента теплоотдачи и теплового потока на 1 м пластины для воздуха и воды, если температура поверхности пластины tc = 50°С.

 

9. Тонкая пластина длиной L, м и шириной A, м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно W, м/с; t0, °С. Температура поверхности пластины tc, °С.

 Определить средний по длине пластины коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемой пластиной воздуху.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
L 0,5 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
A 0,5 0,8 9,7 1,2 1,0 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5
W 1 2 2,5 3 1,5 1 1,3 1,8 2,2 2,8
t0 10 15 20 22 24 26 28 30 28 23
tc 80 90 100 105 110 115 125 110 130 120

 

10. Плоская пластина длиной L, м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока воздуха W, м/с и t0, °С. Преред пластиной установлена турбулизирующая рещетка, вседствии чего движение в пограничном слое на всей длине пластины турбулентное. Вычислить среднее значение коэффициента теплоотдачи с поверхности пластины и значение местного коэффициента теплоотдачи на задней кромке. Вычислить также толщину гидродинамического пограничного слоя на задней кромке пластины.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
L 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,4 1,6 1,8
W 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
t0 3 5 7 10 12 14 16 18 20 22

 

11. Для условий задачи 10 вычислить толщину гидродинамического пограничного слоя и местные значения коэффициентов теплоотдачи на расстояниях x=0,1·L0; 0,2·L0; 0,5·L0; 0,8·L0  и 1,0·L0 от передней кромки пластины.

Построить график изменения толщины гидродинамического пограничного слоя и местных значений коэффициентов теплоотдачи пластины.

 

12. Тонкая пластина длиной L, м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно W, м/с и t0, °С.

 Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи и плотность теплового потока на поверхности пластины при условии, что температура поверхности пластины tc, °С. Расчет произвести в предположении, что по всей длине пластины режим течения в пограничном слое турбулентный.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
L 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
W 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
t0 5 10 15 20 18 16 12 14 22 24
Tc 35 45 65 70 60 50 40 80 90 85

 

13. Вычислить среднее значение коэффициента теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемой с поверхности пластины, омываемой продольным потоком воздуха.

 Скорость и температура набегающего потока равны соответственно: W, м/с и t0, °С. Температура поверхности пластины tc, °С. Длина пластины вдоль потока L, мм, а ее ширина В, мм.

 Расчет произвести в предположении, что на всей длине пластины пограничный слой является турбулентным.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
W 50 60 80 100 110 120 140 160 180 200
t0 10 15 20 25 30 17 18 19 22 24
tc 50 60 70 80 90 40 50 60 70 80
L 110 115 120 125 130 135 140 100 105 110
B 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145

 

14. Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при течении трансформаторного масла в трубе диаметром d, мм а и длиной L, м, если средняя по длине трубы температура масла tж, °С, а средняя температура стенки трубы tc, °С и скорость масла W, м/с

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 4 6 8 10 4 6 8 10 12 4
L 0,5 0,8 1 1,2 1,4 1 1,2 1,4 1,6 1
tc 5 10 12 14 16 18 20 22 24 26
tж 40 50 60 70 80 90 100 105 110 120
W 0,2 0,4 0,6 0,8 0,2 0,4 0,6 0,8 1,5 2

 

15. Определить температуры масла на входе и выходе из трубки и падение давления по длине трубки в условиях задачи 14.

16. Как изменится средний коэффициент теплоотдачи при вязкостном режиме течения жидкости в трубе (см. задачу 14), если скорость жидкости возрастет соответственно в 2 и в 4 раза, а диаметр трубы, средняя температура жидкости и температура стенки остануться неизменными.

 

17. По трубке диаметром d, мм движется вода со скоростью W, м/с. Температура стенки трубы tc, °С. Какую длину должна иметь трубка, чтобы при температуре воды на входе tж1, °С ее температура на выходе из трубки была tж2, °С ?

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 4 6 8 10 12 14 16 6 8 10
W 0,2 0,5 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0.6 0,8 1
tc 40 50 60 70 80 90 100 105 110 116
tж1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
tж2 12 14 16 18 20 22 24 26 28 40

 

18. Вода со скоростью W, м/с движется по трубке диаметром d, мм и длиной L, мм. Температура стенки трубы tc, °С. Какая будет температура воды на выходе из трубки, если на входе она имеет температуру tж1, °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
W 4 6 8 4 6 8 4 6 8 4
L 100 150 160 170 180 190 200 210 205 215
tc 50 60 70 80 90 50 60 70 80 90
tж1 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25

 

19. По трубке диаметром d, мм течет масло марки МК. Температура масла на входе в трубку tж1, °С. Расход масла 120, кг/ч. Какую длину должна иметь трубка, чтобы при температуре стенки tc,°С температура масла на выходе из трубки равнялась tж2°С?

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 6 8 10 12 14 16 18 10 12 14
tж1 50 60 70 80 90 100 105 110 115 120
tж2 60 70 80 90 100 110 115 125 130 140
tc 5 8 10 12 14 16 18 20 22 24

 

20. По трубкам радиатора диаметром d, мм и длиной L, м течет масло марки МС-20. Температура стенок трубок tc, °С. Средняя температура масла по длине радиатора tж, °С.

 Определить общее количество отдаваемой теплоты, если радиатор имеет n=120 параллельно включенных трубок, а общий расход масла через радиатор составляет 2,5 кг/с.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18
L 0,2 0,4 0,6 0,8 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
tc 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
tж 50 60 780 80 90 100 105 110 115 120

 

21. Как изменится коэффициент теплоотдачи, количество передаваемой теплоты и перепад давлений в условиях задачи 20, если вместо одного радиатора с трубками длиной L, мм поставить два параллельно включенных радиатора с трубками длиной L1, мм; сохраняя все остальные условия теми же, что в задаче 20.

 

L1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

 

22. По трубке диаметром d, мм течет вода. Трубка обогревается так, что плотность теплового потока на стенке постоянна по периметру и длине и равна q, Вт/м2.

 Определить значение местного коэффициента теплоотдачи и температуру стенки трубки на расстоянии x=20∙d от входа в обогреваемый участок трубки. Температура воды на входе tж, °С. Средняя скорость движения воды W, м/с. Перед обогреваемым участком трубки имеется участок гидродинамической стабилизации.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 4 6 8 10 12 14 4 6 8 10
tж 5 6 7 8 9 10 11 6 7 8
q 4∙104 3∙104 2∙104 1∙104 5∙104 1∙104 2∙104 3∙104 4∙104 5∙104
W 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

 

23. Сравнить значения местных чисел Нуссельта при ламинарном течении жидкости в круглой трубе в условиях постоянной плотности теплового потока на стенке, без предвключения участка гидродинамической стабилизации (Nuг) и при наличии такого участка (Nuг.ст).Сравнение провести для относительных расстояний от входа в обогреваемый участок x/d=1; 2; 5; 10; 15 и 20 равно. Число Рейнольдса принять Re.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Re 1800 1900 2000 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400

 

24. Определить значения местных коэффициентов теплоотдачи и температуры внутренней поверхности трубки диаметром d, мм на расстоянии x1=0,5 м и x2=1,0 м от входа в обогреваемый участок. Труба обогревается при постоянной плотности теплового потока на стенке q, Вт/м2. Теплота отводится трансформаторным маслом, которое поступает с температурой tж1, °С и движется по трубке со средней скоростью W, м/с

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
q 1∙104 2∙104 3∙104 4∙104 5∙104 4∙104 3∙104 2∙104 1∙104 2∙104
tж1 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
W 1 1,5 2,0 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8

 

25. По трубке диаметром d, мм течет вода с расходом G, кг/ч. Трубка обогревается так, что плотность теплового потока на ее внутренней поверхности можно принять постоянной (q=const). Температура воды на входе в трубку tж1, °С.

 До какого значения можно поднять тепловую нагрузку q, Вт/м2, если температура на внутренней поверхности трубки не должна превышать tc, °С? Какова при этом будет средняя массовая температура воды на входе?


 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 6 8 10 12 14 16 18 20 10 15
G 10 15 17 18 19 20 21 22 23 24
tж1 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25
tc 70 80 90 100 105 70 80 90 100 105

 

26. Определить относительную длину участка тепловой стабилизации Lн.т./d при ламинарном режиме течения воды в трубе диаметром d, мм в условиях постоянной по длине трубы температуры стенки (Тc=const), если средняя температура воды tж, °С и Reж. Вычислить также значение местного коэффициента теплоотдачи на участке трубы, где L >Lн.т.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
tж 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Reж 1000 1050 1100 1150 1250 1300 1350 1400 1500 1600

 

27. Определить значение коэффициента теплоотдачи и количество передаваемой теплоты при течении воды в горизонтальной трубе диаметром d, мм и длиной L, мм, если средние по длине темпреатуры воды и стенки трубы равны соответственно tж, °С и tc, °С, а расход воды G, кг/с.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 6 8 10 14 16 18 20 22 24 20
L 0,5 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,7 2,0 2,1 2,2
tж 10 15 20 25 30 10 15 20 25 30
tc 20 30 40 50 60 70 20 30 40 50
G 7∙10-3 5∙10-3 6∙10-3 4∙10-3 3∙10-3 4∙10-3 5∙10-3 6∙10-3 7∙10-3 8∙10-3

 

28. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки конденсатора паротурбинной установки к охлаждающей воде, если средняя по длине температура стенки tc, °С, внутренний диаметр трубы d, мм, температура воды на входе и выходе из трубки равны соответственно tж1, °С и tж2, °С и средняя скорость воды W, м/с.

 Определить также количество передаваемой теплоты и длину трубки.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tc 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
d 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
tж1 5 10 15 18 20 22 24 26 28 30
tж2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

 

29. По трубке внутренним диаметром d, мм и длиной L>50∙d движется вода со скоростью W, м/с. С наружной стороны трубка обогревается так, что температура ее внутренней поверхности tc, °С. Вода нагревается от tж1, °С до tж2, °С на выходе из трубки.

 Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде и среднюю по длине трубки плотность теплового потока.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 4 6 8 10 12 4 6 8 10 12
tж1 5 10 12 14 16 18 20 22 24 26
tж2 15 20 22 25 30 35 40 45 55 50
tc 70 80 90 100 105 110 115 120 125 130
W 1 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2

 

30. Определить коэффициент сопротивления трения в условиях предыдущей задачи 29. Сравнить полученный результат со значением коэффициента сопротивления трения ξ при изотермическом течении.

 

31. С какой скоростью следует прокачивать воду, имеющую среднюю арифмитическую температуру tж, °С по трубе диаметром d, мм и длиной L, м, чтобы при турбулентном режиме течения и температуре внутренней поверхности трубы tc, °С количество отводимой теплоты равнялось Q, кВт.

Примечание. При расчете учесть, что коэффициент теплоотдачи должен быть отнесен к среднелогарифмической разности температур между стенкой и жидкостью.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tж 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
d 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
L 0,5 0,7 0,9 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4
Q 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
tc 80 90 100 105 110 115 120 125 130 140

 

32. По каналу квадратного сечения, сторона которого А, мм и длина L, мм протекает вода со скоростью W, м/с. Вычислить коэффициент теплоотдачи от стенки канала к воде, если средняя по длине температура воды tж, °С, а температура внутренней поверхности канала tc, °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80
L 10 20 40 60 50 70 80 90 100 105
W 0,3 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
tж 100 105 111 115 120 125 130 140 150 160
tc 5 7 10 15 20 18 22 24 26 28

 

33. Как изменятся коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, передаваемой на 1 м канала, в условиях предыдущей задачи, если канал квадратного сечения заменить: а) щелевым каналом с соотношением сторон 1:25; б) каналом с сечением равностороннего треугольника. При этом площадь поперечного сечения канала и скорость движения воды оставить неизменными.

 

34. В теплообменнике типа "труба в трубе" во внешнем кольцевом канале движется вода со скоростью W, м/с (рис. 3.6.). Средняя по длине канала температура воды tж, °С .Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и тепловую мощность теплообменника, если температура внешней поверхности внутренней трубы tc, °С. Наружный и внутренний диаметры кольцевого канала равны соответственно: d2, мм и d1, мм; длина канала L, м.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
W 0,5 1 1,5 2 2,5 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6
tж 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tc 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
d1 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
d2 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
L 1 1,2 1,5 1,8 2 1,6 1,8 1 2 2,3

 

35. Как изменяться значение коэффициента теплоотдачи и тепловая мощность теплообменника в условиях задачи 34, если наружный диаметр кольцевого канала d2, мм, т.е. ширина канала увеличится в 2 раза, при условии, что а) скорость движения воды и все другие условия останутся без изменений; б) расход воды и все другие условия сохраняться без изменений.

 

36. По трубе диаметром d, мм и длиной L, мм течет ртуть со скоростью W, м/с. Средняя температура ртути tж, °С. Определить коэффициент теплоотдачи от ртути к стенке трубы, плотность теплового потока и количество теплоты, передаваемой в единицу времени, при условии, что средняя температура стенки tc, °С.

 

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
W 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 4,5
tж 100 120 130 140 160 180 200 210 220 230
tc 50 60 70 80 90 100 105 108 120 110
L 400 500 600 700 800 900 400 500 600 700

Вопросы к разделу 3.

1. Верно ли, что толщина ламинарного гидродинами­ческого пограничного слоя всегда возрастает линей­но с расстоянием от переднего края пластины?

2. Зависит ли отношение толщин теплового и гидро­динамического пограничных слоев при ламинарном движении от физических свойств жидкости?

3. Верно ли, что оба зависимых числа подобия - и Nux, и Nuср - увеличиваются по мере удаления от пе­редней кромки пластины?

4. Может ли поправочный множитель (Ргж/Ргс)0,25, учитывающий изменение температуры по толщине пограничного слоя, зависеть от значения и направ­ления теплового потока через слой?

5. Зависит ли толщина вязкого подслоя при турбу­лентном течении от кинематического коэффициента вязкости?

6. Является ли однородной структура турбулентного пограничного слоя за пределом вязкого подслоя?

7. Включен ли в состав числа Стантона определяющий размер?

8. Зависит ли число Стантона при турбулентном тече­нии вдоль пластины от физических свойств жидко­сти?

9. Верно ли, что Nu при турбулентном течении вдоль пластины увеличивается с увеличением скорости обтекания?

10. Являются ли коэффициенты теплоотдачи, вычис­ляемые по полуэмпирической формуле, средними значениями коэффициента теплоотдачи по длине пластины х?

11. Верно ли, что при наличии на передней части пла­стины ламинарного пограничного слоя формула да­ет завышенные локальные значения коэффициента теплоотдачи?

12. Можно ли изменением скорости не турбулентного потока, набегающего на пластину, переместить зону перехода ламинарного пограничного слоя в турбу­лентный поток относительно передней кромки пла­стины?

13. Можно ли изменением скорости не турбулентного потока, набегающего на пластину, изменить тол­щину ламинарного пограничного слоя в точке воз­никновения турбулентности?

14. Одинаковы ли значения местного и среднего коэф­фициентов теплоотдачи на участке термической стабилизации?

15. Могут ли отличаться значения местного и среднего коэффициентов теплоотдачи за пределами участка термической стабилизации?

16. Возможны ли при течении жидкости в трубе усло­вия теплообмена, при которых значения числа Nu приближаются к постоянному значению 4,36, не зависящему от критериев подобия?

17. Верно ли, что относительное изменение скорости течения влияет на относительное изменение тепло­отдачи при ламинарном режиме в большей степени, чем при турбулентном?

18. Одинаковы ли наименования чисел подобия, вклю­ченных в формулы для вязкостного и вязкостно-гравитационного режимов течения?

19. Допускается ли применение расчетных формул, со­ответствующих течению в круглых трубах, для рас­чета теплоотдачи при течении в трубах некруглого поперечного сечения?

20. Допускается ли применение безразмерных формул, соответствующих течению в круглых трубах, для расчета теплоотдачи при поперечном омывании труб?

21. Одинаковы ли местные коэффициенты теплоотдачи по окружности трубы при поперечном ее омывании жидкостью?

22. Возрастает ли коэффициент теплоотдачи при внеш­нем омывании трубы от угла атаки?

23. Верно ли, что первый по ходу жидкости ряд труб в пучке имеет более высокий коэффициент теплоот­дачи, чем последующие ряды?

24. Возможен ли при турбулентном течении коэффици­ент теплоотдачи у шероховатой трубы меньший, чем у гладкой трубы?

25. Можно ли осуществить в пределах участка термиче­ской стабилизации при втекании жидкости в трубу условие Rex<Red?

26. Включается ли в состав числа Рэлея Ra число Грасгофа ?

27. Подобны ли распределения температуры и скорости по толщине пограничного слоя при свободном ла­минарном движении вдоль вертикальной пластины в неограниченном объеме?

28. Верно ли, что при свободной конвекции вдоль вер­тикальной пластины в неограниченном объеме в случае ламинарного режима коэффициент теплоот­дачи, средний на участке высотой L, больше, чем коэффициент теплоотдачи местный на высоте L?

29. Можно ли моделировать условие T=const при свобод-ной конвекции на вертикальной стенке, исполь­зуя внешнюю поверхность вертикальной трубы, обогреваемой изнутри насыщенным паром?

30. Можно ли моделировать условие T=const при сво­бодной конвекции на вертикальной стенке, исполь­зуя внешнюю поверхность вертикальной трубы по­стоянного сечения, обогревая ее пропусканием через нее электрического тока?

31. Всегда ли на участке ламинарной свободной кон­векции местный коэффициент теплоотдачи умень­шается по мере перемещения жидкости вдоль вер­тикальной стенки?

32. Может ли местный коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции жидкости вдоль вертикальной стенки быть больше на участке ламинарного обте­кания, чем на участке турбулентного обтекания?

33. Возможна ли свободная конвекция на участке вдоль вертикальной стенки без участка с ламинарным движением?

34. Возможна ли свободная конвекция вдоль вертикаль­ной стенки без участка с турбулентным движением?

35. Верно ли, что коэффициент теплоотдачи при сво­бодном ламинарном движении возле стенки (верти­кальной) в неограниченном объеме больше в случае q = const и меньше в случае t = const?

36. Зависит ли местный коэффициент теплоотдачи при турбулентном движении возле вертикальной стенки в неограниченном объеме от высоты участка стен­ки?

37. Можно ли исключить свободную конвекцию в зазо­ре между двумя горизонтальными поверхностями, отличающимися друг от друга температурой?

 

Литература

а) Основная литература:

1а. Кривандин В. А. , Арутюнов В. А. , Белоусов В. В. и др. Теплотехника металлургиче­ского произ­водства. В 2х томах. Т. 1 Теоретические основы: Учебное пособие для вузов — М. : МИСиС, 2003. — 343 с.

2а. Расчеты металлургических печей: справочное издание: В 2-х томах. . Т. 1/ Под общ. ред. д. т. н. проф.

В. И. Тимошпольского, д. т. н. проф. В. И. Губинского. — М.: Теплотехник, 2009. — 512 с.

3а. Расчеты металлургических печей: справочное издание: в 2 томах. Т. 2: Под общ. ред. д-ра технических наук проф. В. И. Тимошпольского, д-ра технических наук проф. В. И. Губинского. — М.: Теплотехник, 2011. — 544 с.

Б) Дополнительная

1б. Теплофизика. Учебное пособие для практических занятий. /Петрова Л. П. , Петров В. И. — Старый Оскол: СТИ МИСиС, 2009. — 104 с.

2б. Теплофизика. Учебное пособие по выполнению лабораторного практикума для студентов бакалавриата направления 150400 — металлургия. / Петрова Л. П., Петров В. И., Малахова О. И. — Старый Оскол: СТИ НИТУ «МИСиС», 2012, — 95 с.

 

в) электронный контент:

1в. РЖ ВИНИТИ - электронные версии реферативных журналов ВИНИТИ.

2в. Электронная библиотека - полнотекстовые учебники, методички МИСиС, журналы и др. материалы.

3в. eLIBRARY.RU - крупнейший российский информационный портал в области науки, технологии и образования.

4в. IQlib - электронно-библиотечная система образовательных и просветительских изданий.

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 120; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:


Мы поможем в написании ваших работ!
.
.
© 2014-2024 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.799)