Задачи для самостоятельного решения. 1. Горизонтальный трубопровод, наружный диаметр которого 0,057 м, обогревается свободным потоком воздуха
1. Горизонтальный трубопровод, наружный диаметр которого 0,057 м, обогревается свободным потоком воздуха. Средняя температура поверхности трубопровода 4°С, температура воздуха вдали от трубопровода 36°С. Определить коэффициент теплоотдачи.
Ответ: a = 6,3 Вт/(м2×К).
2. Вертикальная поверхность печи высотой 1 м и шириной 1,2 м, имеющая температуру 100°С, омывается воздухом, имеющим температуру 30°С. Определить средний коэффициент теплоотдачи от поверхности к воздуху и общее количество тепла, передаваемое стенкой.
Ответ: a = 6,9 Вт/(м2×К), Q = 578 Вт.
3. Между стенкой печи из шамота, площадью 1 м2, с температурой на наружной поверхности 100°С и кожухом печи из стали с температурой на внутренней поверхности 40°С, имеется воздушный зазор толщиной 0,05 м. Определить количество теплоты, передаваемое через этот зазор к поверхности кожуха печи. На сколько изменится количество передаваемого тепла, если толщина зазора будет: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 м?
Ответ: d = 0,05 м. Q = 184,3 Вт.
4. Какую максимальную силу тока можно пропустить через электрический нагреватель, служащий для нагрева воздуха, если температура поверхности горизонтального нагревателя, выполненного из провода, диаметром 1 мм, не должна быть выше 780°С. Температура воздуха вдали от нагревателя 20°С (удельное сопротивление нихрома, из которого изготовили нагреватель r = 1,1×10-6 Ом/м). Расчет осуществить без учета лучистого теплообмена.
|
|
|
Как изменится значение тока, если температура поверхности провода будет 850°С, 950°С, 1050°С?
Ответ: при t = 780°С, I = 10,6 А.
5. По трубе, длиной 3 м и внутренним диаметром 9 мм, движется вода со скоростью W = 0,1 м/с. Средняя температура стенки трубы tс = 20°С и воды tж = 60°С. Рассчитать средний коэффициент теплоотдачи от воды к поверхности трубы.
Ответ: a = 168,4 Вт/(м2×К).
6. Скорость движения воды в змеевике индукционной печи, диаметром 300 мм, изготовленном из медной трубки, внутренний диаметр которой 20 мм, а длина 4 м, равняется 8 м/с. Температура воды - 30°С, а температура поверхности трубы 100°С. Определить средний коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к потоку. Построить график изменения значения коэффициента теплоотдачи, если температура поверхности трубы будет изменяться от 30°С до 100°С.
Ответ: a = 37897 Вт/(м2×К).
7. В сушиле вдоль стенки, длиной 6 м, движется горячий воздух со скоростью 2,5 м/с. Температура потока tж = 80°С, а поверхности сушила 75°С. Определить плотность теплового потока и рассчитать изменение локального коэффициента теплоотдачи вдоль поверхности.
Ответ: q = 39 Вт/м2.
8. Гладкая плита обдувается воздухом, скорость движения которого 0,2 м/с. Размеры плиты 0,9´1,5 м2. Воздух движется в направлении большого размера плиты. Температура воздуха 20°С, поверхности плиты 80°С. Определить величину теплового потока, отдаваемого плитой воздуху. Во сколько раз увеличится тепловой поток, отдаваемый плитой, если скорость движения воздуха будет 20 м/с?
|
|
|
Ответ: Q = 116 Вт, в 42 раза.
9. Труба, наружный диаметр которой 57 мм, обдувается поперечным потоком воздуха. Скорость движения воздуха W = 12 м/с. Средняя температура воздуха 20°С. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к воздуху.
Ответ: a = 69 Вт/(м2×К).
10. Трубу, наружным диаметром в 25 мм, обтекает поток воды, направление которого составляет угол 30° с осью трубы. Скорость движения воды 1,1 м/с. Температура воды 30°С. Определить линейную плотность теплового потока, если температура на внешней поверхности равна 3,0°С.
Ответ: ql = 5,5 кВт/м.
11. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи от смеси газов к поверхности труб. Смесь газов, состоящая из водорода, азота, метана, этилена, этана, поперечным потоком омывает одиннадцатирядный шахматный пучок труб. Температура смеси газов 30°С, скорость движения в узком месте 0,349 м/с, диаметр трубок 16 мм, расстояние между осями вдоль потока S1 = 24 мм, поперек потока Sl = 32 мм. Для смеси газов: lr =4,27×102 Вт/(м×К); n = 4,25 ×10-7 м2/с; с = 1,89 кОм/(кг×К); r = 25,6 кг/м3. При решении принять что (Рчж/Рчс)0,25 = 1.
|
|
|
Ответ: a = 245 Вт/(м2×К).
12. Определить средний коэффициент теплоотдачи для восьмирядного коридорного пучка, состоящего из труб диаметром 10 мм, если S1/d = 1,8; S2/d = 2,3. Средняя температура воздуха 300°С, скорость течения в узком сечении 2 м/с. Как будет изменяться величина среднего коэффициента теплоотдачи, при увеличении диаметра труб от 10 до 100 мм?
Ответ: a = 37,9 Вт/(м2×К).
13. Определить средние коэффициенты теплоотдачи для шестирядного шахматного и коридорного пучков труб, диаметром d = 40 мм. Средняя температура воздуха 300°С, скорость движения воздуха в узком сечении 10 м/с; S1/d = 1,8; S2/d = 2,3.
Ответ: aср.ш. = 79,8 Вт/(м2×К); aср.к. = 72,06 Вт/(м2×К).
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Краткая теория
Излучение (радиация) - процесс переноса энергии, выделившейся вследствие теплового движения в веществе, в виде электромагнитных волн через полностью или частично прозрачную для них среду.
Теплообмен между двумя плоскопараллельными поверхностями. Величина результирующего потока излучения рассчитывается по формуле:
|
|
|
где Апр- приведенная поглощательная способность тел.
где e1 и e2 - степени черноты первого и второго тела;
Т1 и Т2 - температуры поверхности первого и второго тела, К;
Со– коэффициент облучения абсолютно черного тела (Со = 5.67);
В целях уменьшения потери тепла за счет излучения применяют экраны. При плоских параллельных экранах, если степени черноты тел и экранов близки, величина теплового потока между телами при установке экранов уменьшается в n+1 раз (где n - количество экранов). Если степень черноты тел и экранов различны, то приведенная поглощательная способность определяется по формуле:
,
где eЭi - степень черноты i-ого экрана.
Теплообмен между телом и оболочкой
В том случае, когда первое тело с поверхностью F1, со всех сторон окружено поверхностью F2 второго тела, количество переданного тепла определяется по формуле:
где
e1 и e2 - степень черноты тела; если F2 >> F1, то Апр= А1= e1
При наличии экранов приведенная поглощательная способность тел может быть рассчитана по формуле:
Примеры решения задач
Задача 1
Определить излучательную способность поверхности Солнца, если известно, что его температура 6000К, и условия излучения близки к излучению абсолютно черного тела. Вычислить также длину волны, при которой будет максимум спектральной плотности излучения.
Решение
Излучательную способность определяют по закону Стефана Больцмана:
.
Значение длины волны, которой соответствует максимум спектральной плотности потока излучения, определяем по закону Вина:
; 
.
Задача 2
Между двумя плоскими параллельными пластинами происходит теплообмен. Температура первой пластины 200°С, материал – сталь окисленная, температура второй пластины 20°С, материал – алюминий окисленный. Определить плотность лучистого теплового обмена.
Решение
По справочнику 
; 
;
тогда 
.
.
Задача 3
Трубопровод для перекачки жидкого гелия, диаметром 20 мм, имеет вакуумную изоляцию. Диаметр наружной трубы 40 мм. Во сколько раз уменьшится тепловой поток к трубопроводу, если в вакуумной полости расположить один цилиндрический экран? Экран расположить на расстоянии 1 мм от внутренней трубы. Во сколько раз уменьшится тепловой поток к трубопроводу, если в вакуумной полости расположить от 2 до 9 экранов? Степень черноты труб 
, степень черноты экранов 
.
Решение
Приведенная степень черноты системы без экранов:
.
То же с одним экраном:
.
Тепловой поток при этом уменьшится в
.
Дальнейшие расчеты при увеличении числа экранов очень удобно производить на ЭВМ.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1306; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!