24 Теплообмен в жидкостях и газах

24.1 Определить средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубам конденсатора, выполненного в виде горизонтального коридорного трубного пучка, состоящего из n=14 рядов труб по высоте.

Наружный диаметр труб d=16 мм. Шаг труб по горизонтали s=1,25d (рис. 8-9). Поверхность теплообмена всех рядов труб в пучке одинакова.

На поверхности труб конденсируется сухой насыщенный водяной пар под давлением р=9,8 кПа, движущийся сверху вниз. Скорость потока пара перед верхним рядом труб ω1=35 м/c. Температура поверхности всех трубок tc=35 ºС.

При расчете принять давление пара и температурный напор неизменными по высоте пучка.Определить средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубам конденсатора, выполненного в виде горизонтального коридорного трубного пучка, состоящего из n=14 рядов труб по высоте. Наружный диаметр труб d=16 мм. Шаг труб по горизонтали s=1,25d (рис. 8-9). Поверхность теплообмена всех рядов труб в пучке одинакова. На поверхности труб конденсируется сухой насыщенный водяной пар под давлением р=9,8 кПа, движущийся сверху вниз. Скорость потока пара перед верхним рядом труб ω1=35 м/c. Температура поверхности всех трубок tc=35 ºС. При расчете принять давление пара и температурный напор неизменными по высоте пучка.

Ответ: α=13700 Вт/(м²·К).


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 На наружной поверхности вертикальной трубы диаметром d=20 мм и высотой Н=2 м конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении р=1·105 Па (рис. 8-4). Температура поверхности трубы tc=94,5 ºС.

Определить средний по высоте коэффициент теплоотдачи от пара к трубе и количество пара G, кг/ч, которое конденсируется на поверхности трубы.На наружной поверхности вертикальной трубы диаметром d=20 мм и высотой Н=2 м конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении р=1·105 Па (рис. 8-4). Температура поверхности трубы tc=94,5 ºС. Определить средний по высоте коэффициент теплоотдачи от пара к трубе и количество пара G, кг/ч, которое конденсируется на поверхности трубы.

Ответ: α=7840 Вт/(м²·К), G=8 кг/ч.


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 Определение теплофизических параметров и термодинамических свойств при заданных условиях конденсации

При заданных условиях конденсации определить: а) средний коэффициент теплоотдачи; б) тепловой поток, отводимый через стенку трубы при конденсации пара; в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию неподвижного пара).

Исходные данные принять по таблице в соответствии с Вашим вариантом задания (Номер варианта соответствует Вашему порядковому номеру в оценочной ведомости.)

Вариант 11 соответствует варианту 1

Вариант 12 соответствует варианту 2

Вариант 13 соответствует варианту 3 и т.д.

Исходные данные к задаче 

Вариант3
Давление сухого насыщенного пара р, кПа4,24
Пар конденсируется на внешней
стенке трубы
Труба расположена вертикально
Длина трубы, м3
Диаметр трубы, м0,02
Средняя температура стенки, ºС20

Ответ: α=1084 Вт/(м²·К), G=3 кг/ч.