Примеры решения задач контрольной работы № 2

Задача 1

По данным тепловых измерений средний удельный тепловой поток через ограждение изотермического вагона при температуре наружного воздуха и температуре воздуха в вагоне составил q. На сколько процентов изменится количество тепла, поступающего в вагон за счет теплопередачи через ограждение, если на его поверхность наложить дополнительный слой теплоизоляции из диатерма толщиной с коэффициентом теплопроводности

Дано:

Решение:

Определяем термическое сопротивление теплопередачи:

Так как в данном примере члены и постоянны, вычислим термическое сопротивление в виде R:

Если на поверхность вагона наложить дополнительный слой теплоизоляции из диатерма, то термическое сопротивление будет равно:

Подставляем найденное значение R:

Таким образом, количество тепла уменьшиться на 3%.

Задача 2

По трубе диаметром мм, течет вода со средней скоростью . Температура воды на входе в трубу , средняя температура внутренней поверхности трубы . На каком расстоянии от входа температура нагреваемой воды достигнет

Дано:

Решение:

1. Найдем среднюю разность температур

Если , тогда

.

2. Движущая сила процесса теплопередачи:

°С

Физические константы нагреваемой жидкости:

- коэффициент теплопроводности;

- значение коэффициента теплоемкости воды;

- кинематический коэффициент вязкости;

- динамический коэффициент вязкости.

Вычисляем среднее значение конвективной теплопередачи, используя следующие зависимости:

- для критерия Рейнольдса

- для критерия Прандтля

- коэффициент температуропроводности

- для критерия Нуссельта

Из формулы

находим a:

Вт/м^{2 0}С

Удельную тепловую нагрузку со стороны нагреваемой жидкости можно вычислить по формуле:

q₂ =

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена:

Задаемся коэффициентом теплопередачи k из ряда k = 700

Из формулы для расчета поверхности теплообмена вычислим длину трубы:

Задача 3

Определить тепловой поток излучением и конвекцией от боковой поверхности цилиндра диаметром и длиной , со степенью черноты в окружающую среду имеющую температуру , если температура поверхности , а коэффициент теплопередачи конвекцией . Каково значение суммарного коэффициента теплопередачи?

Дано:

Решение:

По формуле Ньютона- Рихмана определяем конвективный тепловой поток:

Определяем тепловой поток излучением по уравнению Стефана- Больцмана:

где - коэффициент излучательной способности абсолютно черного тела.

Вычислим суммарный коэффициент теплопередачи, который определяется по формуле:

Задача 4

В пароводяном рекуперативном теплообменнике с площадью поверхности F вода нагревается насыщенным паром с абсолютным давлением р. Температура воды на входе , расход ее G = 1 кг/с. Определить конечную температуру нагрева воды , если коэффициент теплопередачи

Дано:

Р = 0,6 МПа

Решение:

Запишем уравнение теплового баланса:

Определим температурный напор по формуле:

где = 1 для прямоточной и противоточной схем движения

при давлении Р = 0,5 МПа температура греющего пара

Предварительно принимаем конечную температуру

°С

°С

Если , тогда

Вычислим тепловой поток на нагрев:

кВт

Тогда расход тепла на нагрев составит:

где: - теплоемкость воды.

кВт

Полученная разность большая, поэтому принимаем значение t₂ = 45 ⁰C

°С

кВт

кВт

Определяем погрешность в вычисленной разности найденных значений теплоты:

Выбранная конечная температура верна: t₂ = 45 ⁰C