24 Теплообмен в жидкостях и газах

24.1 В теплообменнике типа «труба в трубе» (d1/d2=20/26 мм) длиной l=1,4 м в кольцевом канале движется вода со скоростью ω=3 м/c. Средняя температура воды tв=40ºС. Средняя температура стенки внутренней трубы  tc=70ºC. Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и тепловую мощность теплообменника.

Ответ: α=7600 Вт/(м²·К), Q=20 кВт.


24.2 Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру tв, давление р=0,1 МПа и скорость  ω. Определить коэффициент теплоотдачи от трубы  к воздуху α1, а также погонный тепловой поток, если внутренний диаметр трубы d1, толщина ее стенки δ и теплопроводность λ=15 Вт/(м·К). Снаружи труба омывается горячими газами температурой tг, коэффициент теплоотдачи α2. Исходные данные для решения задачи выбрать из табл.6.

— Коэффициент теплоотдачи внутри трубы рассчитывать с использованием  критериального уравнения. Выбор уравнения производить с учетом режима течения воздуха по каналу

 

Таблица 6

tг, ºСα2, Вт/(м2•К)ω, м/ctв, ºСd, мδ, мм
9502020100,022

Ответ:  α1=81,1 Вт/(м²·К), q=901 Вт/м.


24.3 По цилиндрическому каналу диаметром d=14 мм движется вода. Расход воды G, ее температура на входе t′. На каком расстоянии от входа средняя по сечению температура воды достигнет t″, если температура внутренней поверхности канала tст=100ºС постоянна?

Таблица 1 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Предпоследняя цифра шифраG, кг/чt', ºCt'', ºC
14201085

Ответ: l=2,164 м.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


24.4 Определить значение коэффициента теплоотдачи при течении воздуха по цилиндрической трубе диаметром d=40 мм. Средняя температура воздуха tв, давление р=0,3 МПа, расход G. Относительная длина трубы l/d>50.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Предпоследняя цифра шифраtв, ºСG, кг/ч
16025

Ответ: α=9,6 Вт/(м²·К).

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


24.5 Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании пучка коридорно расположенных труб диаметром d=20 мм, если средняя определяющая скорость воздуха в пучке ω, средняя температура воздуха tв. Какова средняя линейная плотность теплового потока в пучке ql, если температура поверхности трубы tст постоянна и равна 200ºС? Поправкой на число рядов труб пренебречь.

Таблица 1 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2

Предпоследняя цифра шифраω, м/сtв, ºС
16,030

Ответ: α=71,4 Вт/(м²·К), q=12138 Вт/м.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


24.6 Определить длину lн.г начального участка гидравлической стабилизации и длину lн.т начального участка тепловой стабилизации при ламинарном течении среды в трубе с внутренним диаметром dвн в условиях постоянной по длине температуры стенки, если средняя массовая температура воды tж, скорость ω. Вычислить коэффициент теплоотдачи на основном участке трубы и определить длину lн.т начального участка тепловой стабилизации для средней теплоотдачи.

Таблица 1

Вариантdвн, ммtж, ºС ω, м/cСреда
6141003Воздух

Ответ: lн.г=1,271 м, lн.т=0,874 м, α=8,4 Вт/(м²·К).


24.7 (Вариант б) Цилиндрическая электрошина диаметром d и длиной l охлаждается поперечным потоком сухого воздуха с температурой tж и скоростью ω. Найти тепловой поток, отдаваемый шиной с поверхности, и допустимую силу тока в ней при условии, что на ее поверхности температура не должна превышать tc; удельное электрическое сопротивление ρэ. Как изменятся коэффициент теплоотдачи и сила тока, если вместо воздуха использовать трансформаторное масло?

Таблица 1

d, ммl, мtж, ºСω, м/ctc, ºСρэ, Ом·м
140,5251,5801,75·10-8

Ответ: Q=38 Вт, I=814 А, I=1579 А, При использовании вместо воздуха трансформаторного масла коэффициент теплоотдачи и сила тока возрастают.


24.8 Определить требуемые значения кинематического коэффициента вязкости vм и скорости течения жидкости ωм в модели, в которой исследуется теплообмен при вынужденной конвекции. Коэффициент температуропроводности жидкости в модели ам=0,8·10-6 м²/c. В образце, представляющем собой канал с эквивалентным диаметром d0, протекает воздух со средней скоростью ω0. Определяющая температура воздуха t0, давление р0=0,3 МПа. Геометрические размеры модели в шесть раз меньше размеров образца.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Вариантω0, м/ct0, ºСd0, мм
11080100

Ответ: vм=0,559·10-6 м²/c, ωм=1,59 м/c.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


24.9 (Вариант 25) Определить полный тепловой поток от стенок труб к воде, которая движется в поперечном направлении в межтрубном пространстве кожухотрубного аппарата, заполненного фреоном.

Исходные данные взять из табл.7 и 8 по цифрам шифра. Схема теплоотдачи представлена на рис.3.

Таблица 7

Геометрические
характеристики аппарата
Обозначение, единицы измеренияЗначение
Диаметр аппаратаD, мм500
Диаметр трубd, мм26
Число трубn, шт20
Длина аппаратаL, м2,0

Таблица 8

Характеристики средОбозначение, единицы измеренияЗначение
Температура поверхности трубt1, ºC14
Температура водыt2, ºC8
Скорость движения водыω, м/c0,7
Плотность водыρ, кг/м31·103

Ответ: Q=33,7 Вт.


24.10 (Вариант в) Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки конденсатора паротурбинной установки к охлаждающей воде, количество передаваемой теплоты и длину трубки, если средняя по длине температура стенки tc, внутренний диаметр dвн, температура воды на входе и выходе из трубки tж1 и tж2 и средняя скорость воды ω.

Таблица — Исходные данные

dвн, ммω, м/ctж1, ºСtж2, ºСtс, ºС
172,0152535

Ответ: α=8401 Вт/(м²·К), Q=18,8 кВт, l=2,911 м.