23 Конвективный теплообмен

23.1 Определить погонный тепловой поток от горизонтально расположенной трубы длиной 1 м, охлаждаемой свободным потоком воздуха. Температура стенки трубы t_c, температура воздуха в помещении t_в, а диаметр трубы d. Лучистым теплообменом пренебречь.

Как изменится этот поток, если трубу расположить вертикально?

Данные для решения задачи выбрать из табл.7.

Таблица 7

Ответ: q_г=109 Вт/м,  q_в=156 Вт/м.

Варианты задачи: 43.

23.2 Поверхность нагрева состоит из плоской стальной стенки толщиной δ. По одну сторону стенки движется горячая вода, средняя температура которой t_ж1, по другую — вода со средней температурой t_ж2 или воздух, средняя температура которого t_в2. 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 1 мм .

Коэффициенты теплопроводности стали λ_ст=45 Вт/(м·К), а накипи λ_нак=0,6 Вт/(м·К). Коэффициенты теплоотдачи для горячей воды к стенке для обоих случаев α_ж1, от стенки к воде α_ж2, а от стенки к воздуху α_в2.

Параметры выбрать из таблицы 1.

Таблица 1

Ответ: k=623 Вт/(м²·К), k′=22 Вт/(м²·К), q=43610 Вт/м², q′=1980 Вт/м², t_ст1=99,2ºС, t_ст2=91,5ºС, t′_ст1=119,1ºС, t′_ст2=112,0ºС, k_нак=306 Вт/(м²·К), q_нак=21420 Вт/м², t^нак_ст1=109,8ºС, t^нак_ст2=70,4ºС, t_ст1-t_ст2=7,6ºС, t^нак_ст1-t^нак_ст2=75,2ºС.

23.4 Определить средний коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты в воздухонагревателе, состоящем из z₁ рядов с числом труб z₂ в каждом ряду, расположенных в шахматном порядке. Поток воздуха омывает этот пучок под углом атаки φ со скоростью в наиболее узком сечении ω. Диаметр и длина труб d_н и l, поперечный и продольный шаги трубного пучка S₁ и S₂. Средняя температура воздуха t_ж и средняя температура поверхности труб t_c. Как изменятся коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты, если трубы в пучке расположить коридорно?

Таблица 1 — Исходные данные

Продолжение таблицы 1

Ответ: α=168 Вт/(м²·К), если трубы в пучке расположить коридорно коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты увеличатся.

23.5 (Вариант б) Определить потери теплоты паропроводом (наружный диаметр d, длина l) при движении по нему насыщенного водяного пара давлением p. Для изоляции паропровода имеется М_А, кг материала А и М_Б, кг материала Б. Как изменятся тепловые потери, если слой изоляции поменять местами? При расчете температуру паропровода можно принять равной температуре пара, температуру наружной поверхности изоляции tиз=45…50 ºС.

Таблица 1 – Исходные данные

Ответ: q_l=180 Вт/м, при замене слоев изоляции местами потери паропровода возрастут.

23.6 Плоская тонкая пластина длиной l=2,5 м омывается потоком воздуха со скоростью ω_к при температуре t_f. Определить характер пограничного слоя и его толщину δ на расстоянии от передней кромки пластины x=0,2l; x=0,5l и x=l.

Таблица 7 – Исходные данные

Ответ: турбулентный, δ₁=0,0114 м, δ₂=0,0284 м, δ₃=0,0568 м.

23.9 (Вариант 24) Расчет процесса переноса теплоты конвекцией и излучением

Определить потери теплоты излучением и свободной конвекцией с 1 м длины горизонтального нефтепровода, проложенного над землей.

Известны наружный диаметр нефтепровода d, температура наружной поверхности нефтепровода t_c, температура окружающего воздуха t_ж, коэффициент теплового излучения поверхности трубы ε.

Теплофизические свойства воздуха приведены в приложении, таблица 2. Данные для решения задачи приведены в таблице 8.

Таблица 8 

Ответ: Q=7535 Вт.

Варианты задачи: 11, 21.