Завдання № 1
Визначити потужність теплового потоку при конвективної теплопередачі через трубу заданого діаметра довжиною 10 м. Обгрунтувати вибір розрахункового рівняння, застосовуваного для режиму завдання. Конвективний теплообмін характеризується вимушеної конвекцією. Потік рухається всередині труби.
Діаметр труби з боку потоку рідини м.
Температура стінки труби з боку потоку рідини ° С.
Середня температура рідини ° С.
Рід рідини Вода.
Середня швидкість потоку м/с.
Рішення
Для визначення режиму руху води обчислимо значення числа Рейнольдса.
При ° С кінематична в'язкість води м2/с.
.
Т.к. , То режим течії турбулентний.
При ° С:
Критерій Прандтля;
Динамічний коефіцієнт в'язкості Па · с;
Коефіцієнт теплопровідності теплоносія Вт/(м · ° С).
При ° С динамічний коефіцієнт в'язкості становить Па · с.
.
Визначимо число Нуссельта:
,
де - при охолодженні рідини.
.
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі:
Вт/(м2 · ° С).
Визначимо потужність теплового потоку:
кВт.
Відповідь: 161,58 кВт.
Завдання № 2
Визначити потужність теплового потоку при конвективної тепловіддачі через трубу заданого діаметра довжиною 10 м. Обгрунтувати вибір критеріальною формули, що застосовується для вирішення завдання. Конвективний теплообмін характеризується умовами вільної конвекції поблизу горизонтальної труби.
Діаметр труби м.
Температура на поверхні труби ° С.
Середня температура рідини ° С.
Рід рідини Вода.
Рішення:
При ° С знаходимо:
Коефіцієнт теплопровідності теплоносія Вт/(м · ° С);
Кінематична в'язкість м2/с;
Критерій Прандтля;
Коефіцієнт об'ємного розширення К - 1.
Визначимо число Релея:
.
Визначимо число Нуссельта:
,
для горизонтальної труби коефіцієнти С і n мають такі значення при:
С =0,125;
n =0,33.
.
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі:
Вт/(м2 · ° С).
Визначимо потужність теплового потоку:
кВт.
Відповідь: 387,16 кВт.
Завдання № 3
Визначити:
а) середній коефіцієнт тепловіддачі і порівняти результат з даними номограми рис. 12-8;
б) потужність теплового потоку, відведеного трубою при конденсації пари;
в) витрата конденсату, що стікає з труби (режим конденсації розглядати як плівкову конденсацію нерухомого пара).
Тиск сухого насиченої водяної пари МПа.
Пар конденсується на стінках труби. Стінка розташована вертикально.
Довжина труби м.
Діаметр труби м.
Температура стінки ° С.
Рішення:
Визначимо величину числа подібності для вертикальної труби:
,
де - темпемпературний натиск;
Температура насичення при МПа складає ° С, тоді ° С.
м - довжина труби;
м2/с - кінематичний коефіцієнт в'язкості конденсату при температурі насичення;
Вт/(м · ° С) - коефіцієнт теплопровідності конденсату при температурі насичення;
кг/м3 - щільність конденсату при температурі насичення;
кДж/кг - теплота пароутворення при температурі насичення.
.
Так як, то режим стікання плівки ламінарний. У цьому випадку розрахунок числа Рейнольдса виробляємо за формулою:
.
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі за формулою:
Вт/(м2 · ° С).
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі по номограмі:
За діаграмою коефіцієнт тепловіддачі становить 4 569 Вт/(м 2 · ° С).
Визначимо потужність теплового потоку:
конвективний теплопередача пар теплообмінник
кВт.
Визначимо витрата конденсату стікає з труби:
кг/с=12,83 кг/ч.
Відповідь: а) 4303,90 Вт/(м2 · ° С);
б) 8,65 кВт.
в) 12,83 кг/ч.
Завдання № 4
Визначити витрату пари на обігрів води в пароводяному теплообміннику за умови, що весь пар в теплообміннику перетворюється на конденсат, що виходить з теплообмінника в стані насичення при тиску гріючої пари. Знайти поверхні нагрівання в теплообміннику за умови, що середній коефіцієнт теплопередачі Вт/(м2 · К).
Уявити схематично графіки зміни температури теплоносіїв уздовж поверхні нагріву. Пояснити, чи залежить середній логарифмічний температурний напір і площа поверхні на...
