23 Конвективный теплообмен
23.1 Определить погонный тепловой поток от горизонтально расположенной трубы длиной 1 м, охлаждаемой свободным потоком воздуха. Температура стенки трубы tc, температура воздуха в помещении tв, 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
| Вариант | d, мм | tc, ºС | tв, ºС |
| 43 | 240 | 210 | 25 |
Варианты задачи: 99.
23.2 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 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.
Параметры выбрать из таблицы 1.
Таблица 1
| δ, мм | tж1, ºС | tж2, ºС | tв2, ºС | αж1, Вт/(м2·К) | αж2, Вт/(м2·К) | αв2, Вт/(м2·К) |
| 8 | 120 | 50 | 30 | 2100 | 1050 | 22 |
23.3 Определить потери теплоты за 1 час с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если известны наружный диаметр d трубы, температура стенки трубы tст и температура воздуха tв в помещении. При расчете коэффициента теплоотдачи учесть лучистую составляющую. Данные для расчетов взять из таблицы 3.3.
Контрольный вопрос. Какими основными безразмерными числами (критериями) подобия определяется конвективная теплоотдача и каков физический смысл этих чисел подобия?
Таблица 3.3 – Исходные данные для задачи 3
| Сумма двух последних цифр шифра | d, мм | tст, ºС | tв, ºС |
| 0 | 100 | 38 | -10 |
Варианты задачи: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18.
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 dн и l, поперечный и продольный шаги трубного пучка S1 и S2. Средняя температура воздуха tж и средняя температура поверхности труб tc. Как изменятся коэффициент теплоотдачи и количество передаваемой теплоты, если трубы в пучке расположить коридорно?
Таблица 1 — Исходные данные
| z1 | z2 | φ, º | ω, м/c | dн, мм |
| 8 | 12 | 80 | 20 | 50 |
Продолжение таблицы 1
| l, м | S1, мм | S2, мм | tж, ºС | tс, ºС |
| 2 | 90 | 78 | 400 | 200 |
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 МА, кг материала А и МБ, 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
| d, м | l, м | р, МПа | МА, кг | Материал А | МБ, кг | Материал Б |
| 0,183 | 15 | 2,0 | 141 | Совелит | 300 | Новоазбозурит |
23.6 Плоская тонкая пластина длиной l=2,5 м омывается потоком воздуха со скоростью ωк при температуре tf. 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
| Предпоследняя цифра учебного шифра | ωх, м/c | tf, ºC |
| 6 | 8 | 45 |
23.7 Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы tc, температура воздуха в помещении tв, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы Ес=0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 8.
Таблица 8
| Вариант | d, мм | tс, °С | tв, °С |
| 00 | 220 | 150 | 15 |
Ответ: q=1492 Вт/м.
Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.
23.8 Для отопления помещения требуется расход тепла 1 кДж/с от горизонтального трубопровода диаметром 25 мм. Температура поверхности нагревателя 100°С, а воздуха в помещении 25°С. Рассчитать необходимую длину трубопровода.
Ответ: необходимая длина трубопровода l = 18,2 м.
Учебник: Авчухов В.В. Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена Москва 1986.pdf
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 tc, температура окружающего воздуха tж, коэффициент теплового излучения поверхности трубы ε.
Теплофизические свойства воздуха приведены в приложении, таблица 2. Данные для решения задачи приведены в таблице 8.
Таблица 8
| Вариант | d, мм | tc, ºС | tж, ºС | ε |
| 24 | 280 | 70 | -30 | 0,80 |
23.10 По трубе с внутренним диаметром d=50 мм течет вода со средней скоростью ω. Средняя температура воды tж, температура стенки трубы tст постоянна. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи и количество передаваемого в единицу времени тепла (линейную плотность теплового потока, Вт/м), если относительная длина трубы l/d=100.
Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2
| Предпоследняя цифра шифра | ω, м/c | tж, ºС | tст, ºС |
| 1 | 0,4 | 70 | 100 |
