Расчеты по теплообмену УрФУ

22.180 Определить тепловой поток Q, проходящий через плоскую двухслойную стенку, имеющую поверхность F, а также найти температуру на границе слоев, если известно, что стенка состоит из слоя шамота толщиной S1 и слоя тепловой изоляции толщиной S2; коэффициенты теплопроводности слоев соответственно λ1 и λ2; температура внутренней поверхности стенки t1, температура наружной поверхности t3=80°С. Как изменится величина теплового потока, если слой тепловой изоляции будет убран, а температура на наружной поверхности стенки увеличится до значения t2.

Таблица 1

Вариант 1
F,м² S1 S2 λ1,Вт/(м⸱К) λ2,Вт/(м⸱К) t1,ºС t2,ºС
12 0,46 0,25 0,84 0,28 1400 15

Ответ: Q = 10992 Вт, t2 = 898 ºC, теплоизоляционный слой снижает тепловой поток в 2,8 раза.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf


22.181 Для цилиндрической стенки, имеющей три слоя футеровки (рис.1.4), необходимо рассчитать:

— погонную плотность теплового потока;

— количество теплоты, которое теряется через всю цилиндрическую стенку длиной l;

— значения температур на границе слоев.

В рассматриваемом примере температура внутренней поверхности t1, а температура наружной поверхности t4. Радиусы, характеризующие расположение слоев футеровки относительно оси цилиндра, равны соответственно r1; r2; r3; r4. Коэффициенты теплопроводности материалов, из которых выполнены слои футеровки, равны: λ1; λ2; λ3. Длина печи l.Для цилиндрической стенки, имеющей три слоя футеровки (рис.1.4), необходимо рассчитать: - погонную плотность теплового потока; - количество теплоты, которое теряется через всю цилиндрическую стенку длиной l; - значения температур на границе слоев. В рассматриваемом примере температура внутренней поверхности t1, а температура наружной поверхности t4. Радиусы, характеризующие расположение слоев футеровки относительно оси цилиндра, равны соответственно r1; r2; r3; r4. Коэффициенты теплопроводности материалов, из которых выполнены слои футеровки, равны: λ1; λ2; λ3. Длина печи l.

Таблица 2

Вариант 1
l, м r1, м r2, м r3, м r4, м
4,2 1,67 1,9 1,97 2
λ1, Вт/(м⸱К) λ2, Вт/(м⸱К) λ3, Вт/(м⸱К) t1, ºС t4, ºС
2 0,84 0,18 1000 90

Ответ: ql=29834 Вт/м, Q=125303 Вт, t2=694 ºС, t3=489 ºС.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25.

Методические указания.pdf


22.182 Определить время нагрева τ до заданной температуры поверхности tпов, а также температуру на оси неограниченного цилиндра tc в момент окончания нагрева.

В печь, температура которой tпеч все время поддерживается постоянной, помещают длинный стальной цилиндр диаметром d. В момент загрузки в печь температура металла была равномерна по всему сечению и составляла tнач. Физические свойства стали приняты постоянными, не изменяющимися с температурой: коэффициент теплопроводности λм, теплоемкость см и плотность ρм.

Коэффициент теплоотдачи (теплообмена) от печи к поверхности цилиндра принят также постоянным и равным αΣ. Металл нагревают в печи до момента достижения температуры поверхности tпов.

Таблица 3

Вариант 1
tпеч, ºС d, м tнач, ºС λ, Вт/(м⸱К)
1420 0,11 20 42
с, Дж/(кг⸱К) ρ, кг/м³ αΣ, Вт/(м²⸱К) tпов, ºС
712 7860 525 1200

Ответ: τ=557 c, tc=1118 ºС.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 1617, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf


25.96 Определить потери теплоты излучением через открытое окно, расположенное в стенке печи, температура которой tпеч. Окно имеет размеры: ширина В и высота Н. Толщина стенки S. Окно открывают на время τ.

Таблица 4

Вариант tпеч, ºС В, м Н, м S, м τ, с
1 900 1,4 1,2 0,46 720

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf


23.98 Определить коэффициент конвективного теплообмена и плотность теплового потока при движении воздуха со скоростью Wв при нормальных условиях и температуре tв по каналу, имеющему размеры поперечного сечения L к L и температуру tст.

Таблица 5

Вариант Wв, м/c tв, ºС L, м tст, ºС
1 2 30 1,5 400

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf


23.99 Определить коэффициент конвективного теплообмена при поперечном обтекании потоком воздуха шахматного и коридорного пучка труб. Средняя действительная скорость потока составляет W, температура потока tв, диаметр трубы d.

Таблица 6

Вариант Wв, м/c tв, ºС d, м φ,º
1 1 30 0,04 10

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf

Список литературы