22 Теплопроводность
22.21 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
В теплообменном аппарате происходит теплопередача через плоскую стальную стенку 3 мм (коэффициент теплопроводности 45,4 Вт/(м·К)). Производительность аппарата оказалась недостаточной. В результате испытания аппарата установлено, что коэффициент теплоотдачи с одной стороны стенки α1=1070 Вт/(м²·К) и с другой α2=78 Вт/(м²·К), а перепад температур через стенку составляет 54 ºС. Для интенсификации процесса теплопередачи имеется возможность: а) увеличить α1 на 60%; б) увеличить α2 на 20%; в) уменьшить термическое сопротивление стенки, заменив стальную стенку, толщиной 3 мм стенкой из красной меди толщиной 4 мм; г) увеличить температурный перепад на 15%? Какие из этих мероприятий являются эффективными и какие рекомендовать не следует?
22.22 Трубка из нержавеющей стали внутренним диаметром d1=7,6 мм и наружным диаметром d2=8 мм обогревается электрическим током путем непосредственного включения в электрическую цепь.
Вся теплота, выделяемая в стенке трубки, отводится через внутреннюю поверхность трубки.
Вычислить объемную производительность источников теплоты и перепад температур в стенке трубки, если по трубке пропускается ток I=250 А.
Удельное электрическое сопротивление и коэффициент теплопроводности стали равны соответственно ρ=0,85 Ом·мм²/м, λ=18,6Вт/(м·ºС).
Ответ: qυ=2,22·109 Вт/м³, Δtc≈2,4 ºС.
Учебник: Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче Москва «Энергия» 1980.pdf
22.23 Нагреватель выполнен в виде ленты из константана сечением 7 × 1 мм и длиной 600 мм. По нему проходит электрический ток силой 15 А, падение напряжения на концах ленты 120 В. Определить температуры поверхности ленты и середины по ее толщине, если температура окружающей среды 80°С, а коэффициент теплоотдачи на поверхности ленты 800 Вт/(м²·К).
Ответ: tпов = 348ºС, tсер = 350ºС.
Учебник: Авчухов В.В. Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена Москва 1986.pdf
22.24 Найти мощность внутренних источников теплоты и температуру поверхности тепловыделяющего элемента ядерного реактора, если диаметр твэла 10 мм, температура на его оси 1150°С, теплопроводность материала твэла 3,5 Вт/(м·К). Твэл охлаждается в среде, температура которой 430°С; коэффициент теплоотдачи равен 25·10³ Вт/(м²·К).
Ответ: qυ = 382 МВт/м³, tпов = 468ºС.
Учебник: Авчухов В.В. Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена Москва 1986.pdf
22.25 (Вариант б) Стальная заготовка, имеющая форму параллелепипеда с размерами А×В×С имела начальную температуру t0. Заготовка помещена в нагревательную печь с температурой среды tж, коэффициент теплоотдачи к поверхности заготовки α. Определить температуры в центре заготовки и в центре каждой грани через 1 час после нагрева.
Таблица 1 — Исходные данные
| А×В×С, м | t0, ºC | tж, ºC | α, Вт/(м2·К) | Марка стали |
| 0,4×0,5×0,6 | 230 | 1200 | 280 | Н28 |
22.26 Плита толщиной δ, имеющая начальную температуру t0, охлаждается в среде, температура которой постоянна и равна 20 ºC. Коэффициент теплоотдачи в процессе охлаждения α=60 Вт/(м²·К). Найти распределение температуры в плите, через каждые 3 мм в моменты времени τ1 и τ2.
Таблица 1 — Исходные данные
| Вариант б | |||||
| δ, мм | t0, ºC | τ1, мин | τ2, мин | λ, Вт/(м·К) | α·108, м2/c |
| 24 | 200 | 3 | 10 | 50 | 9,0 |
Варианты задачи: б.
22.27 Плоскую поверхность необходимо изолировать так, чтобы потери теплоты с единицы площади поверхности не превышали q, Вт/м². Температура поверхности под изоляцией tст1, температура внешней поверхности изоляции tст2 = 50ºС. Определить толщину изоляции для двух случаев:
а) изоляция выполнена из совелита, для которого
λ = 0,09 + 0,000075t, Вт/(м·К);
б) изоляция выполнена из асботермита, для которого
λ = 0,11 + 0,000125t, Вт/(м·К).
Таблица – ЧИСЛОВЫЕ ДАННЫЕ к задачам контрольной работы №2
| Предпоследняя цифра шифра | q, Вт/м² | tст1,ºС |
| 1 | 400 | 450 |
Все задачи из: Жданов Н.В. Термодинамика и теплопередача. ОмГУПС Омск 2013
22.28 Потери теплоты через кирпичную стенку длиной 5 м, высотой 2,5 м и толщиной 0,5 м составляют Q. Какова температура наружной поверхности стенки, если на внутренней поверхности поддерживается температура t1ст = 20ºС. Коэффициент теплопроводности кирпича 0,8 Вт/(м·К).
Таблица – ЧИСЛОВЫЕ ДАННЫЕ к задачам контрольной работы №2
| Предпоследняя цифра шифра | Q, Вт |
| 2 | 350 |
Все задачи из: Жданов Н.В. Термодинамика и теплопередача. ОмГУПС Омск 2013
22.29 Паропровод диаметром 160/170 мм покрыт двухслойной изоляцией. Толщина первого слоя изоляции 30 мм и второго – 50 мм. Коэффициенты теплопроводности трубы и слоев изоляции соответственно равны λ1 = 50, λ2 = 0,15 и λ3 = 0,08 Вт/(м·К). Температура внутренней поверхности паропровода t1ст = 300ºС. Определить температуру внешней поверхности изоляции, если линейная плотность теплового потока ql. Определить также температуры на поверхностях раздела отдельных слоев и вычертить в масштабе график изменения температуры по толщине паропровода с изоляцией.
Таблица – ЧИСЛОВЫЕ ДАННЫЕ к задачам контрольной работы №2
| Предпоследняя цифра шифра | ql, Вт/м |
| 0 | 275 |
Все задачи из: Жданов Н.В. Термодинамика и теплопередача. ОмГУПС Омск 2013
22.30 Определить плотность теплового потока через стенку, состоящую из слоя стали (δ1=2 мм) и теплоизоляции из асбеста (δиз=10 мм), если температуры поверхностей стенки t1=0 ºC, t2=20 ºC, λст=65 Вт/(м·К), λиз=0,06 Вт/(м·К). Определить температуру стыка слоев.
Все задачи из: Основы теплотехники СГУГиТ Новосибирск 2020
