Лабораторный практикум по дисциплине «Техническая физика» для студентов, обучающихся по специальности 140200 «Судовые энергетические установки» (стр. 5 )

Задача 10.7 По паропроводу диаметром 90/100 мм движется перегретый пар с температурой 350 °С. Определить, какая должна быть изоляция из асбестовой ваты, чтобы температура наружной поверхности была 60 °С, а тепловые потери не превышали 250 Вт/м.

Задача 10.8 По стальному трубопроводу диаметром 60/50 мм протекает горячая вода с температурой 140 °С. Трубопровод покрыт слоем изоляции толщиной 20 мм из стекловолокна. Температура наружной поверхности изоляции равна 50 °С. Определить тепловые потери на 10 м трубы.

Практическое занятие 11

Тема: Теплоотдача и теплопередача.

Цель работы: ознакомление с методами расчёта конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи на основе уравнения Ньютона-Рихмана.

Порядок проведения занятия: Первая половина занятия отводится на ознакомление с темой и решению общих задач. Вторая половина занятия – решение индивидуальных задач, исходные данные которых приведены в таблицах 11.1 и 11.2.

Задача 11.1 По неизолированному трубопроводу диаметром 170/185 мм, проложенному на открытом воздухе, протекает вода со средней температурой 95 °С, температура окружающего воздуха - минус 18 °С. Определить тепловой поток, передаваемый 1 м трубы, и температуры на внутренней и внешней поверхностях этого трубопровода, если коэффициент теплопроводности материала трубы составляет 65 Вт/(м2 К), коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы равен 1800 Вт/(м2 К) А коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к наружному воздуху составляет 14 Вт/(м2 К).

Как изменятся искомые параметры, если трубопровод изолировать слоем минеральной ваты толщиной 50 мм?

Задача 11.2 Электропровод диаметром 2 мм изолируется резиновой изоляцией, чтобы теплоотдача от провода была максимальной. Коэффициент теплопроводности резины равен 0,20 Вт/(м К), а коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции составляет 10 Вт/(м2 К). Определить толщину изоляции.

Задача 11.3 Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду необходимо изолировать паропровод диаметром 44/50 мм. Целесообразно ли применять в качестве изоляции шнуровой асбест, если коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности трубопровода равен 11,5 Вт/(м2 К)?

Задача 11.4 Трубчатый воздухоподогреватель производительностью 15 МДж/ч изготовлен из стальных труб диаметром 50/56 мм. Внутри труб течёт горячий газ со средней температурой 300 °С, а снаружи поверхность труб омывается потоком воздуха со средней температурой 170 °С. Определить коэффициент теплопередачи и поверхность нагрева подогревателя, если коэффициент теплоотдачи от газов к стенке составляет 70 Вт/(м2 К)., а от стенки к воздуху - 41 Вт/(м2 К).

Задача 11.5 Определить коэффициент теплоотдачи от плоской стенки, имеющей температуру 75 °С к воздуху, имеющему температуру 25 °С, если плотность теплового потока составляет 250 Вт/м2 .

Задача 11.6 Определить температуру стенки при теплоотдаче от потока воды к плоской поверхности. Температура воды равна 80 °С, коэффициент теплоотдачи составляет 1000 Вт/(м2 К), а плотность теплового потока - 10 кВт/м2.

Задача 11.7 Стенка холодильного шкафа состоит из трёх слоев - стального наружного толщиной 0,5 мм, изоляционного из пенопласта с коэффициентом теплопроводности λ=0,03 Вт/(м К) и пластмассового внутреннего толщиной 2 мм (0,1 Вт/(м К). Общая площадь стенки - 4 квадратных метра. Коэффициенты теплоотдачи внутри и снаружи стенки одинаковы и равны 12 Вт/(м2 К). Температура воздуха внутри шкафа равна минус 15 °С, температура наружного воздуха составляет 27 °С.

Определить:

- коэффициент теплопередачи;

- тепловой поток, передаваемый через стенку;

- как изменится тепловой поток, если изоляцию сделать из минеральной ваты.

Контрольная задача

Теплота дымовых газов, имеющих температуру t1, передаётся через стальную стенку котла толщиной d1 кипящей воде. Температура кипящей воды составляет t2. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке равен a1, а от стенки к воде - a2.

Определить: термические сопротивления в схеме передачи теплоты, коэффициент теплопередачи, плотность теплового потока, а также температуры стенки со стороны газов и воды.

Как изменятся вышеперечисленные параметры, если со стороны воды на стенке образовалась накипь толщиной 2 мм с коэффициентом теплопроводности 0,1 Вт/(м К)? Для этого случая произвести графическую проверку температур на границах стенок и построить линию падения температур. Исходные данные приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1

Данные	Первая цифра варианта
0	1	2	3	4	5	6	7	8
t1 С	1250	1200	1150	1100	1050	1000	950	900	850
a1,Вт/(м2К)	50	100	60	110	70	80	90	95	105
d1, мм	30	25	30	25	22	24	26	18	20
	Вторая цифра варианта
t2 ,С	220	210	200	250	240	220	230	205	250
a2,Вт/(м2К)	6000	5500	5000	4800	5600	4400	5100	3100	3500

Контрольная задача

Латунный трубопровод, по которому течет горячее масло, покрыт слоем шнурового асбеста. Внутренний диаметр трубы равен d1, наружный – d2. Средняя температура масла равна t1. Коэффициент теплоотдачи от масла к стенке трубы составляет a1. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы равен a2. Температура окружающего воздуха равна t2.

Определить критический диаметр изоляции и дать заключение о целесообразности применение шнурового асбеста. Построить зависимость линейной плотности теплового потока от диаметра изоляции ( начиная с неизолированного трубопровода). Определить графически, какой толщины должна быть изоляция, чтобы тепловой поток уменьшился вдвое. Исходные данные принять из таблицы 11.2

Таблица 11.2

Данные	Первая цифра варианта
0	1	2	3	4	5	6	7	8
t1 С	95	100	115	90	105	85	80	75	70
a1,Вт/(м2К)	125	100	180	110	140	160	170	195	105
d1, мм	30	25	30	25	22	24	26	18	20
d2, мм	34	28	33	29	24	27	28	21	24
	Вторая цифра варианта
t2 ,С	20	21	20	25	24	22	23	20	15
a2,Вт/(м2К)	6,0	5,5	5,0	7,0	8,0	9,0	10,0	11,0	15,0

Практическое занятие 12

Тема: Интенсификация теплопередачи и изоляция стенок

Цель работы. Ознакомление с методами интенсификации теплопередачи (увеличением коэффициентов теплоотдачи и увеличением теплопередающих поверхностей) . Ознакомление с методикой расчета изоляции и выбора рациональной изоляции.

Порядок проведения занятия: Первая половина занятия отводится на ознакомление с темой и решению общих задач. Вторая половина занятия – решение индивидуальных задач, исходные данные которых приведены в таблицах 12.1.

Общие задачи

Задача 12.1 Определить коэффициент эффективности стального ребра цилиндра ДВС воздушного охлаждения, если толщина ребра 3 мм, а высота - 25 мм. Коэффициент теплоотдачи между поверхностью ребра и охлаждающим воздухом составляет 21 Вт/(м2 К), коэффициент теплопроводности ребра равен 50 Вт/(м К)..

Задача 12.2 Выяснить, как влияет материал на коэффициент эффективности оребрения, применительно к прямоугольному ребру высотой 50 мм и толщиной 3 мм при одинаковых условиях теплоотдачи (α = 70 Вт/(м К)) . Принять материал рёбер: сталь, алюминий и медь.

Задача 12.3 Определить линейную плотность теплового потока, передаваемого ребристой алюминиевой трубой с наружным диаметром 80 мм, диаметром рёбер 180 мм, толщиной ребра - 2 мм, числом рёбер на 1 м длины трубы - 45 штук. Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности трубы равен 9 Вт/(м2 К)., температура наружной поверхности трубы равна 120 °С, температура воздуха составляет 20 °С.

Задача 12.4 Определить тепловой поток, передаваемый через плоскую стенку площадью 1,2 м2, оребрённую со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи. Температура греющей среды равна 150 °С при коэффициенте теплоотдачи 100 Вт/(м2 К)., температура нагреваемой жидкости составляет 20 °С при коэффициенте теплоотдачи 1000 Вт/(м2 К). Толщина алюминиевой стенки равна 15 мм, а коэффициент оребрения составляет 6. Коэффициент эффективности оребрения принять равным 0,85.