Лабораторный практикум по дисциплине «Техническая физика» для студентов, обучающихся по специальности 140200 «Судовые энергетические установки» (стр. 6 )

Задача 12.5 Нагревательный прибор выполнен в виде горизонтальной трубы с наружным диаметром 100 мм и длиной 1,5 м с рёбрами на наружной поверхности. Коэффициент оребрения равен 5, коэффициент эффективности оребрения составляет 0,9. Определить тепловой поток, передаваемый прибором, если внутри трубы движется вода с температурой 85 °С, отдающая теплоту внутренней поверхности трубы с интенсивностью 3000 Вт/(м2 К), коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности трубы к воздуху, имеющему температуру 20 °С, равен 15 Вт/(м2 К) . Термическим сопротивлением стенки пренебречь.

Задача 12.5 Целесообразно ли применять изоляцию из пеностекла λ=0,16Вт/(м К) для трубы, имеющей наружный диаметр 30 мм, если коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы составляет 5 Вт/(м2 К). ?

Задача 12.6 Построить зависимость изменения линейной плотности теплового потока в зависимости от толщины изоляции, изменяющейся в пределах от 0 (голый трубопровод) до 150 мм, если температура пара, протекающего в трубе, составляет 300 °С, а температура окружающего воздуха - 25 °С. Коэффициент теплопроводности изоляции λ = 0,25 Вт/(м К). Коэффициент теплоотдачи от паропровода к окружающему воздуху считать постоянным и равным 18 Вт/(м2 К).

Определить критический диаметр изоляции.

Задача 12.7 Средняя температура воздуха внутри стального цилиндра компрессора составляет 200 °С, коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке цилиндра равен 500 Вт/(м2 К). Толщина стенки цилиндра - 10 мм. Снаружи цилиндр оребрен (коэффициент оребрения равен 4) и охлаждается воздухом с температурой 0 °С. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности цилиндра составляет 20 Вт/(м2 К). Диаметр цилиндра 100 мм, длина цилиндра 120 мм.

Определить:

- линейную плотность теплового потока от воздуха, находящегося в цилиндре, к окружающему воздуху;

- тепловой поток, передаваемый через боковую стенку цилиндра;

- температуру на внутренней поверхности цилиндра.

Задача 12.8 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.

Задача 12.9 По магистральному стальному трубопроводу ТЭЦ с внутренним диаметром 500 мм движется вода с температурой 170 °С. Толщина стенки трубы составляет 12 мм. Снаружи труба изолирована минеральной ватой толщиной 15 мм. Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы составляет 3000 Вт/(м2 К)., коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности составляет 23 Вт/(м2 К)., температура наружного воздуха составляет минус 10 °С.

Определить:

- тепловые потери на 1 км длины трубы;

- линейный коэффициент теплопередачи.

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 14.2

Таблица 12.1

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

Лабораторно-практическое занятие 13 – Применение теории подобия для анализа процессов конвективного теплообмена

Цель работы: изучение методов расчёта процесса конвективного теплообмена.

Содержание занятия.

Первая часть занятия посвящена ознакомлению студентов с аналитическими, экспериментальными и комбинированными методами решения сложных физических задач. Затем рассматриваются основы теории подобия и методика решения задач с помощью критериальных выражений. В завершение студенты выполняют самостоятельно индивидуальную работу, связанную с решением задачи на конвективный теплообмен.

Общие и контрольные задачи

Задача 13.1 По щелевому каналу сечением 3х90 мм длиной 3 м протекает вода со скоростью 2 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от стенки канала к воде, если средняя температура стенки канала равна 110 °С, а средняя температура воды составляет 50 °С.

Задача 13.2 Тонкая пластина длиной 2 м и шириной 0,5 м с обеих сторон омывается продольным потоком воды со скоростью 5 м/с. Температура набегающего потока равна 10 °С, температура поверхности пластины равна 60 °С. Определить средний по длине пластины коэффициент теплоотдачи и тепловой поток, передаваемый пластиной. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если скорость потока уменьшится вдвое? Как изменится коэффициент теплоотдачи, если пластина будет омываться не водой, а воздухом?

Задача 13.3 Определить средний коэффициент теплоотдачи и передаваемый тепловой поток в воздухоподогревателе, состоящем из 10 рядов труб по 50 труб в каждом ряду. Трубы расположены в шахматном порядке. Поток воздуха омывает этот пучок труб под углом 70° со скоростью 8 м/с. Наружный диаметр труб равен 38 мм, а длина одной трубы составляет 3 м. Средняя температура поверхности труб равна 350 °С, а средняя температура воздуха - 255 °С. Отношение продольного шага к поперечному в пучке труб составляет 1,8. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если принять коридорное расположение труб в пучке?

Задача 13.4 Определить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток, передаваемый с наружной поверхности горизонтальной трубы диаметром 50 мм и длиной 20 м, имеющей температуру стенки 70 °С, к воздуху, имеющему температуру 25 °С. Поток омывает трубу под углом 70° со скоростью 12 м/с.

Задача 13.5 По трубе течёт вода со скоростью 2 м/с и температурой 50 С. Средняя температура внутренней поверхности трубы составляет 40 °С. Определить тепловой поток, передаваемый от воды к стенке трубы, если внутренний диаметр трубы равен 100 мм, а длина - 12 м.

Задача 13.6 Вдоль горизонтальной пластины длиной 1 м и шириной 0,5 м движется вода со скоростью 1 м/с. Температура воды - 30 °С, а температура поверхности пластины - 100°С. Определить тепловой поток, передаваемый от пластины к воде.

Задача 13.7 Определить средний коэффициент теплоотдачи от топочных газов к стенкам пучка труб. Наружный диаметр труб - 40 мм, число рядов в пучке - 15, шаг по ширине в пучке - 80 мм, шаг по глубине - 75 мм. Температура газа, обладающего свойствами воздуха, равна 500 °С, скорость потока в самом узком сечении пучка составляет 10 м/с. Температура стенок труб равна 180 °С. Определить также тепловой поток, передаваемый в пучке труб, если длина одной трубы в пучке - 3 м, а число труб в ряду - 50.

Контрольная задача

По трубе диаметром d и длиной L движется теплоноситель (вода, масло) со скоростью w. Средняя температура теплоносителя - tf, средняя температура стенки tс. Данные принять из таблицы 15.6.

Определить тепловой поток, передаваемый от теплоносителя к стенке трубы.

Как изменится тепловой поток, если длину трубы уменьшить в 5 раз?

Как изменится тепловой поток, если диаметр трубы увеличить в 2 раза при сохранении постоянного расхода теплоносителя?

Как изменится тепловой поток, если теплоносителем будет воздух?

Таблица 13.1

Данные	Первая цифра варианта
0	1	2	3	4	5	6	7	8
tf ,С	60	70	80	110	105	100	95	90	85
tc ,С	40	40	60	70	70	75	60	60	70
w, м/с	1,0	0,8	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,5	0,7
Теплоно- ситель	Вода	Масло МК	Масло МС	Трансформаторное масло
	Вторая цифра варианта
d, мм	22	12	16	25	14	16	20	40	50
L, м	0,5	0,7	0,9	1,1	1,3	1,8	2,0	2,2	2,5

Задача 13.8 Определить коэффициент теплоотдачи от вертикальной стенки, имеющей температуру 120 °С и высоту 2 м к воздуху, температура которого составляет 20 °С вдали от стенки.