26 Теплопередача. Теория горения

26.1 По стальному неизолированному трубопроводу диаметром 80×5 мм течет холодильный агент, температура которого t2=-20ºC. Температура воздуха в помещении, где проходит трубопровод, t1=20ºC. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха α1=10 Вт/(м²·К), со стороны холодильного агента α2=1000 Вт/(м²·К). На сколько процентов снизится потеря холода, если трубопровод покрыть слоем изоляции с коэффициентом теплопроводности λ2 толщиной δ2?

Таблица 1 — Исходные данные

Вариантλ2, Вт/(м•К)δ2, мм
10,0550

Ответ: при покрытии трубопровода слоем изоляции потери холода снизятся на 85 %.

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

Методические указания


26.2 По стальному паропроводу с внутренним диаметром d1 и толщиной стенки δ1=8 мм протекает перегретый пар с температурой t1. Паропровод покрыт слоем изоляции толщиной δ2, коэффициент теплопроводности которой λ2=0,1 Вт/(м·К). Температура окружающего воздуха t2=25ºC. Коэффициенты теплоотдачи со стороны пара и окружающего воздуха соответственно равны: α1=250 Вт/(м²·К), α2=12 Вт/(м²·К). Определить потери тепла ql на 1 пог. м паропровода, а также температуру наружной поверхности изоляции. Коэффициент теплопроводности стали λ1 принять равным 35 Вт/(м·К).

Таблица 1 — Исходные данные

Вариантd1, ммδ2, ммt1, ºC
1250150450

Ответ: ql=339 Вт/м, tст3=41 ºС.

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

Методические указания


26.3 (Вариант 5) Две жидкости Ж1 и Ж2, имеющие разную температуру, разделены плоской стенкой площадью поверхности F, через которую проходит стационарный тепловой поток Q. Толщина стенки δ, ее коэффициент теплопроводности λ, температура горячей жидкости tж1, холодной tж2, температура поверхности стенки со стороны горячей жидкости tc1, коэффициент теплоотдачи α1, температура поверхности стенки с противоположной стороны tc2, коэффициент теплоотдачи α2.

Требуется составить формулы для вычисления:

— плотности теплового потока через стенку q;

— теплового потока через стенку Q;

— двух температур, указанных в таблице 2.

Все остальные величины считать известными. Перед решением задачи требуется изобразить схему процесса теплопередачи.

Таблица 2 — Исходные данные

tж1, ºСtc1, ºС

Варианты задачи: 6, 0, 7, 3, 2.


26.4 Тепло от дымовых газов передается через плоскую стенку парового котла кипящей воде. Температура газов t1=800ºC, воды t2=200ºC, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1=46,5 Вт/(м²·К) и от стенки к воде α2=1163 Вт/(м²·К).

Найти коэффициенты теплопередачи k для следующих случаев:

а) стенка стальная (λ=45,4 Вт/(м·К)), совершенно чистая, толщиной 20 мм;

б) стенка медная (λ=384 Вт/(м·К)), совершенно чистая, той же толщины;

в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной 4 мм (λ=2,325 Вт/(м·К)), а со стороны газов — слоем сажи толщиной 2 мм (λ=0,1163 Вт/(м·К)).

 

Ответ: а) k1=43,9 Вт/(м²·К); б) k2=44,6 Вт/(м²·К); в) k3=24,0 Вт/(м²·К).


26.5 (Вариант 07) Поверхность нагрева состоит из плоской стальной стенки толщиной δ. По одну сторону стенки движется горячая вода, средняя температура которой tж1, по другую — вода со средней температурой tж2 или воздух, средняя температура которого tв2. Определить для обоих случаев плотность теплового потока q (Вт/м²) и коэффициент теплопередачи, а также значения температур на обоих поверхностях стенки. Найти изменение удельного теплового потока Δq для первого случая, если с каждой стороны стальной стенки появится накипь толщиной в 1 мм.

Коэффициенты теплопроводности стали λст=45 Вт/(м·К), а накипи λнак=0,6 Вт/(м·К). Коэффициенты теплоотдачи для горячей воды к стенке для обоих случаев αж1, от стенки к воде αж2, а от стенки к воздуху αв2.

Таблица 5

δ, ммtж1, ºСtж2, ºСt'ж2, ºСα1, Вт/(м2•К)α'2, Вт/(м2•К)α''2, Вт/(м2•К)
711050252000125018

Варианты задачи: 27, 33, 44, 55, 97, 56, 60, 38, 31, 95, 02.


26.6 Определите количество тепла, передаваемого от дымовых газов к кипящей воде через:

а) стальную чистую стенку (λ1=58 Вт/(м·К)) толщиной δ1;

б) стальную стенку, покрытую со стороны воды слоем накипи (λ2=2,3 Вт/(м·К) толщиной δ2.

Температура дымовых газов t1, температура кипящей воды t2, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (α1=186 Вт/(м²·К)) и от стенки к воде (α2=4070 Вт/(м²·К)).

в) стальную стенку, покрытую со стороны воды слоем накипи и слоем масла толщиной δ33=0,1 Вт/(м·К)).

Таблица 6

Вариантδ1, ммδ2, ммt1, ºCt2, ºCδ3, мм
610109102102,0

Ответ: а) q1=120750 Вт/м²; б) q2=70210 Вт/м²; в) q3=23240 Вт/м².

Варианты задачи: 1, 4.


26.7 Определить тепловой поток Q из пароводяной рубашки теплового аппарата типа КПЭ в окружающее пространство через боковые стенки, а также распределение температур на стенках теплового аппарата. Исходные данные по геометрическим размерам аппарата, характеристикам стенок и среды выбрать по цифрам шифра зачетной книжки из табл.3 и 4. Схема теплопередачи через боковую стенку приведена на рис.1.пределить тепловой поток Q из пароводяной рубашки теплового аппарата типа КПЭ в окружающее пространство через боковые стенки, а также распределение температур на стенках теплового аппарата.

Рисунок 1.1 — Схема теплопередачи через боковую стенку котла типа КПЭ

Таблица 3

Геометрические
характеристики аппаратов
Обозначение, единицы измеренияЗначение
Диаметр котлаd, мм420
Высота корпуса котлаН, мм400
Толщина корпусаδ1, мм3
Толщина теплоизоляцииδ2, мм40
Толщина наружного кожухаδ3, мм1,5

Таблица 4

Характеристика материала
стенок и среды
Обозначение, единицы измеренияЗначение
Коэффициент теплопроводности материала корпуса и кожуха (металл)λ1, λ3, Вт/(м·К)45
Коэффициент теплопроводности изоляцииλ2, Вт/(м·К)0,06
Температура пароводяной смесиТ1, К395
Температура наружного воздухаТн, К295
Степень чернотыεпр0,60

Коэффициент излучения абсолютно черного тела c0=5,7 Вт/(м²·К4).


26.8 (Вариант 03) По горизонтально расположенной стальной трубе (λ=40-50 Вт/(м·К)) со скоростью ω, м/c течет вода, имеющая температуру tв, ºС. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого tвозд, ºС.

Определить коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху, коэффициент теплопередачи k1 и тепловой поток q1, отнесенные к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы равен d1, внешний d2.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.

Таблица 3 — Исходные данные к задаче 3

tв, ºСω, м/ctвозд, ºСd1, ммd2, мм
1503,818190210


26.9 (Вариант 04) Конвективный теплообмен. Теплопередача

Рукавная линия диаметром d поперечно обдувается воздухом со скоростью ωв. Температура воздуха tв. По рукавной линии со скоростью  ωж движется вода, температура которой на входе в рукавную линию t′ж. Рассчитать максимальную длину рукавной линии из условия, чтобы температура на выходе из рукавной линии была t″ж≥1ºС. Толщина стенки рукавной линии δ=4 мм. Эквивалентный коэффициент теплопроводности материала рукава принять λ=0,115 Вт/(м·К). Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

ωв, м/ctв, ºCωж, м/ct′ж, ºCd, мм
6-403,2399

Ответ: l=825 м.

Варианты задачи: 35.


26.10 Определить толщину тепловой изоляции, действительный коэффициент теплопередачи, значение температур на границе различных слоев наружной стены холодильника, расположенного в средней зоне (среднегодовая температура наружного воздуха выше 0 и ниже +9ºC) в черте города, если расчетная температура наружного воздуха для летнего периода составляет tн,ºC, температура воздуха в охлаждаемом помещении tв,ºC.

Составляющие изоляционной конструкции наружной стены взять из задания. В качестве пароизоляционного материала использовать борулин толщиной δ=0,002 м. Начертить изоляционную конструкцию и изобразить на ней график изменения температуры в ограждении.

Таблица 5.1 — Исходные данные

Расчетная температура наружного воздуха, tн,ºC32
Температура воздуха в камере, tв,ºC-25
Условия циркуляции воздуха в камереумеренная
Теплоизоляционный материалпробковые плиты
Характер наружного огражденияпанель железобетонная