Козлобродов А.Н. Иванова Е.А. Тепломассообмен ТГАСУ ТОМСК 2017

26.25 Определение мощности электронагревателя для обогрева помещения

Две стены помещения с внутренними размерам, (1 ‒ a·h и 2 ‒ b·h) выложены из красного кирпича толщиной δ_кп, изолированного с наружной стороны сайдингом толщиной δ_сд, а с внутренней покрыта слоем штукатурки толщиной δ_шт.

3 и 4-я стены с размерами (3 ‒ b·h и 4 ‒ a·h) выполнены из панелей толщиной δ_пн, оштукатуренных с обеих сторон штукатуркой толщиной δ_шт. Пол и потолок выполнены из железобетонных плит толщиной δ_жб, где а – длина, b – ширина, h – высота. Коэффициенты теплопроводности материалов конструкции соответственно равны λ_пн = 0,7 Вт/(м·ºС), λ_кп = 0,75 Вт/(м·ºС), λ_сд = 0,35 Вт/(м·ºС), λ_шт = 1,2 Вт/(м·ºС) и λ_жб = 2,2 Вт/(м·ºС). Какой мощности электронагреватель нужно установить, чтобы температура в помещении сохранялась на уровне t_вн, если теплоперенос через 3 и 4-ю стены отсутствует, а температура наружного воздуха равняется t_нар и коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренних и внешних поверхностях элементов конструкции соответственно равны:

α_с1=9 Вт/(м²·ºС), α_с2=20 Вт/(м²·ºС) (для 3 и 4 стены);

α_п1=10 Вт/(м²·ºС), α_п2=4 Вт/(м²·ºС) (для пола);

α_пт1=8 Вт/(м²·ºС), α_пт2=15 Вт/(м²·ºС) (для потолка).

Таблица 1

Первая цифра варианта	а,м	b, м	δ_кп, м	δ_сд, мм	δ_шт, мм
0	2	3	0,39	6	12

Продолжение таблицы 1

Последняя цифра варианта	h, м	δ_жб, мм	t_вн, °С	t_нар, °С
0	2,5	220	18	-5

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

1. Что такое тепловой поток, плотность теплового потока, температурное поле?

2. Как распределяется температура по толщине плоской многослойной стенки?

3. Физический смысл коэффициентов теплопроводности λ и теплоотдачи α, их размерность.

4. Какова математическая запись закона Фурье и закона Ньютона — Рихмана?

5. Что такое термическое сопротивление? Какова размерность величины термического сопротивления? Чем отличается термическое сопротивление теплоотдачи на поверхности плоской стенки от термического сопротивлениями теплопроводности плоской стенки?

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: ТГАСУ

26.76 Расчет параметров изолированного трубопровода

По трубопроводу с размерами d₂/d₁, где d₁ — внутренний диаметр трубы, а d₂ — наружный диаметр, течет горячая вода с температурой t_ж1. Температура окружающей среды t_ж2. Снаружи труба покрыта слоем изоляционного материала толщиной δ с коэффициентом теплопроводности λ₂, коэффициентом теплопроводности материала трубы λ₁. Средние коэффициенты теплоотдачи с внутренней поверхности трубы и внешней изоляционного материала соответственно равны α₁, α₂. Определить количество теплоты, отдаваемой единицей длины трубы в окружающее пространство, а также температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.

Таблица 2

Первая цифра варианта	d₁, мм	d₂, мм	δ,мм	t_ж1, °С	t_ж2, °С
0	20	22	10	60	23

Продолжение таблицы 2

Последняя цифра варианта	λ₁, Вт/(м⸱ºС)	λ₂, Вт/(м⸱ºС)	α₁, Вт/(м²⸱°С)	α₂, Вт/(м²⸱°С)
0	50	0,06	23	12

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

1. В чем отличие между коэффициентами теплопроводности, теплоотдачи, температуропроводности и теплопередачи? Какова их размерность, каков их физический смысл?

2. Какому закону соответствует распределение температуры в цилиндрической однослойной стенке?

3. Каким образом определяются тепловые потери с цилиндрической поверхности однослойной теплоизоляции при граничных условиях I рода?

4. Как определяется коэффициент теплопередачи для многослойной цилиндрической стенки при граничных условиях III рода?

5. Какова зависимость тепловых потерь трубопровода от наружного диаметра его теплоизоляции, если: а) критический диаметр теплоизоляции меньше наружного диаметра стальной трубы; б) критический диаметр теплоизоляции больше наружного диаметра стальной трубы?

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТГАСУ

22.195 Определение времени нагревания вала до заданной температуры

Длинный стальной вал диаметром d = 2r₀, который имел температуру t₀, °C, был помещен в печь с температурой t_ж, ºС. Определить время τ, необходимое для нагрева вала, если нагрев считается законченным, когда температура на оси вала станет равной t_r=0, ºC. Определить также температуру на поверхности вала t_r=ro в конце нагрева.

Коэффициент теплопроводности и температуропроводности стали равны соответственно λ и a. Коэффициент теплоотдачи к поверхности вала α. Для решения воспользоваться номограммами (прил. 3, 4).

Таблица 3

Вариант	t₀, °С	t_ж, °С	t_r=0, °С	r₀, мм	λ, Вт/(м⸱ºС)	а⸱10⁵, м²/с	α, Вт/(м²⸱°С)
00	20	700	680	60	21	6,11	140

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

Как записывается одномерное уравнение теплопроводности в декартовой и цилиндрической системах координат для нестационарного случая при условии, что внутренние источники тепла отсутствуют?
Как определяется критерий Био и что они характеризует?
Как коэффициент теплоотдачи α влияет на время нагревания или охлаждения твердых тел?
Каким образом определяется относительная температура при решении задач нестационарной теплопроводности?
Какие условия ставятся при решении нестационарных задач теплопроводности и как они записываются?

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТГАСУ

23.115 Определение теплового потока от газа к внутренней поверхности газопровода

Определить тепловой поток от газа к внутренней поверхности участка газопровода длиной L метров и диаметром d, мм, если температура стенки трубы t_СТ, ºС, а температура газа в трубе t_Г, ºС. Линейная скорость газа ω, м/c. Газ — метан. Давление в трубопроводе р, МПа.

Таблица 4

Вариант	t_ст, °С	t_г, °С	р,МПа	L, м	d, мм	ω, м/c
00	20	40	1	10	400	3

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

1. Как записываются основные безразмерные комплексы теории конвективного теплообмена и их физический смысл?

2. Какие режимы движения жидкости вы знаете и чем они характеризуются?

3. Какие значения критического числа Рейнольдса определяют режимы движения при обтекании пластины и течении в трубе?

4. Какой механизм передачи тепла работает при свободной и вынужденной конвекции?

5. Какие условия ставятся при решении задач конвективного теплообмена и как они записываются?

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТГАСУ

25.110 Определение плотности лучистого теплового потока между двумя параллельным плоскими стенками

Определить плотность лучистого теплового потока между двумя, параллельно расположенными, плоскими стенками, имеющими температуры t₁, ºС и t₂, ºС, а степени черноты поверхностей соответственно равны ε₁ и ε₂. Как изменится интенсивность теплообмена при наличии между стенками экрана, со степенями черноты с обеих сторон ε_эк = 0,025. Условия теплообмена считать стационарными. Теплопроводностью и конвективным теплообменом в зазоре между пластинами пренебречь. В качестве экрана взять тонкий металлический лист.

Таблица 5

Вариант	t₁, °С	ε₁	t₂, °С	ε₂
00	400	0,87	0,50	3,0

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

1. Какой механизм передачи тепла работает при свободной и вынужденной?

2. Какие виды лучистых потоков вы знаете?

3. Какое тело называется абсолютно черным, а какое абсолютно белым?

4. Как записывается закон Стефана — Больцмана и что он определяет?

5. Как экранирование влияет на величину лучистого теплового потока?

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТГАСУ

27.110 Определение поверхности нагрева рекуперативного воздушного теплообменника

Определить поверхность нагрева стального рекуперативного воздушного теплообменника (толщина стенок δ_ст = 3 мм) при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях Q_возд, средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности нагрева α₁, от поверхности нагрева к воде α₂, Вт/(м⸱°С), начальные и конечные температуры воздуха и воды соответственно равны t’₁, t»₁, t’₂, t»₂. Определить также расход воды Q_вод, через теплообменник. Изобразить график изменения температур теплоносителей для обеих схем при различных соотношениях их условных эквивалентов.

Таблица 6

Вариант	Q_возд, м³/c	t′₁, ºC	t″₁, ºC	α₁, Вт/(м²⸱°С)	t′₂, ºC	t″₂, ºC	α₂, кВт/(м²⸱°С)
00	20	400	160	10	30	140	3

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

Какие виды теплообменных аппаратов вы знаете?
Какие основные уравнения используются при расчете теплообменных аппаратов?
Как определяются средне арифметический и средне логарифмический температурный напор?
Какие преимущества имеет противоточная схема теплообменника перед прямоточной? В каких случаях эти схемы эквивалентны?
Где применяют рекуперативные теплообменники?

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТГАСУ