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

Вариант	d, мм	t_c, ºС	t_в, 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 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

δ, мм	t_ж1, ºС	t_ж2, ºС	t_в2, ºС	α_ж1, Вт/(м²·К)	α_ж2, Вт/(м²·К)	α_в2, 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 t_ст и температура воздуха t_в 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	t_ст, ºС	t_в, 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.

Методические указания.pdf

ВУЗ: РГАЗУ

Все задачи из: Мороз В.П. Смородина Т.В. Сметнев А.С. Юдин Ю.Б. Теплотехника 2012

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

z₁	z₂	φ, º	ω, м/c	d_н, мм
8	12	80	20	50

Продолжение таблицы 1

l, м	S₁, мм	S₂, мм	t_ж, ºС	t_с, ºС
2	90	78	400	200

23.5 Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру t_в, 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 t_г, 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

Вариант 99
t_г, ºС	α₂, Вт/(м²·К)	ω, м/c	t_в, ºС	d, м	δ, мм
950	20	20	10	0,02	2

23.6 Определить количество теплоты, которая отводится от воды, движущейся по змеевику с радиусом R = 160 мм, выполненному из трубы диаметром d = 18 мм. Расход воды G = 0,24 кг/с; средняя по длине трубы температура воды t_ж = 120ºС; постоянная по длине температура внутренней поверхности трубы t_с = 110ºС. Длина трубы змеевика l = 3 м.

Ответ: Q = 14 кВт.

Учебник: Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче Москва «Энергия» 1980.pdf

Все задачи из: Краснощеков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче Москва 1980

23.7 Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы t_c, температура воздуха в помещении t_в, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы Е_с=0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 8.

Таблица 8

Вариант	d, мм	t_с, °С	t_в, °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.

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТюмГНГУ

Все задачи из: Чекардовский С.М. Кабес Е.Н. Куликов А.М. Термодинамика и теплопередача ТюмГНГУ 2015

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

Все задачи из: Авчухов В.В. Паюсте В.Я. Задачник по процессам тепломассообмена

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

Вариант	d, мм	t_c, ºС	t_ж, 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 t_ж, температура стенки трубы t_ст 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