Задачи для самостоятельного решения. 1. Сосуд Дьюара заполнен жидким азотом

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 10Следующая ⇒

1. Сосуд Дьюара заполнен жидким азотом. Температура его внутренней стенки приблизительно равна температуре жидкого азота 78 К, а температура наружной стенки 295 К. Стенки сосуда посеребренные (e = 0,04), площадь поверхностей внутренней и наружной стенок приблизительно равна 0,3 м². Полость между стенками вакуумирована. Найти тепловой поток к азоту.

Ответ: q = 2,6 Вт.

2. При изготовлении отливок по методу литья с направленной кристаллизацией нагретая до температуры 1400°С форма, устанавливается на водоохлаждаемый медный катализатор с температурой 60°С. Между формой и кристаллизатором возникает зазор, толщиной 0,1 мм. Определить значение коэффициента теплоотдачи излучением через зазор в первый момент времени после установки формы.

Ответ: a = 200 Вт/(м²×К).

3. Фарфоровый тигель (e_ф = 0,92) с температурой 20°С поставлен в муфельную печь, температура динасовых стенок которой 800°С. Определить плотность лучистого теплового потока к тигелю в начальный момент времени, если отношение площадей поверхности тигеля и печи F₁/F₂ = 0,05.

Ответ: q = 68200 Вт/м².

4. Определить потерю тепла путем излучения с поверхности стальной трубы, диаметром d = 0,07 м и длиной 3 м при температуре поверхности 227°С, если эта труба находится: а) в большом кирпичном помещении, температура стенок которого 27°С; б) в кирпичном канале, площадь которого равна 0,3´0,3 м при температуре стенок 27°С.

Ответ: а) Q = 1620 Вт; б) Q = 1595 Вт.

5. Температура воздуха в холодильной камере по показанию стеклянного ртутного термометра минус 20°С. Температура поверхности стенок камеры минус 17°С. Коэффициент конвективной теплоотдачи от термометра к воздуху a_к = 5 Вт/(м²×К). Оценить погрешность показаний термометра, которая возникает в результате лучистого теплообмена между стенками камеры и термометром.

Ответ: DТ = 1,9 К.

6. Для измерения температуры потока горячего воздуха, протекающего по каналу, использована термопара. Между спаем термопары и стенками канала возникает лучистый теплообмен, который искажает показания термопары. Для уменьшения погрешности при измерении температуры термопара закрывается экранной трубкой. Найти действительную температуру воздушного потока, если термопара показывает 200°С. Температура внутренней стенки канала 100°С. Степень черноты экрана и спая термопары одинаковы и равны 0,8. Коэффициент теплоотдачи от воздуха к спаю термопары a₁ = 46,5 Вт/(м²×К), а к поверхности экрана a₂ = 11,6 Вт/(м²×К).

Ответ: t = 210°С.

7. Определить количество тепла, излучаемое стальной плитой при температуре 600°С на латунный лист такого же размера при температуре 27°С, расположенный параллельно плите. Определить также коэффициент теплоотдачи излучением. Построить кривую изменения значения коэффициента теплоотдачи при изменении температуры стальной плиты от 200 до 1000°С.

Ответ: q = 16792 Вт/м²; a = 11,86 Вт/(м²×К).

8. Чугунная топочная дверца, размером 500´400 мм парового котла, имеет температуру t = 540°С (e_ч = 0,64). Определить количество излучаемого дверцей тепла, если температура в котельном отделении 35°С. Определить также и коэффициент теплоотдачи излечением.

Ответ: Q = 3117 Вт; a = 30,8 Вт/(м²×К).

9. Определить количество тепла, излучаемое поверхностью плоской стенки на другую параллельно расположенную плоскую стенку, температуры стенок соответственно 227°С и 27°С, а изготовлены они из меди и чугуна. Рассчитать также изменение коэффициента теплоотдачи излучением при при установке экраном от 1 до 10.

Ответ: q = 1850 Вт/м²

СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Краткая теория

Сложным теплообменом называют процессы переноса теплоты одновременно несколькими способами. Например процессы конвективного теплопереноса всегда связаны с теплопроводностью внутри перемещающихся значительных (молярных) элементов потока вещества. Радиационный теплообмен может сочетаться как с теплопроводностью, так и конвекцией.

Теплоотдачей называется процесс теплообмена (теплопереноса) между средами, разделенными отчетливой границей (твердая стенка - текучая среда, поверхность раздела газ - жидкость). Для практических расчетов стационарных процессов теплообмена для описания этого процесса можно воспользоваться уравнением Ньютона-Рихмана

Q = a^. (t_c - t_ж)^. F^.t,

Теплопередачей называется процесс теплообмена между средами, разделенными некоторой перегородкой, например стенкой. Уравнение теплопередачи имеет вид

Q = k (t_c - t_ж)^. F^.t,

где k - коэффициент теплопередачи.

Теплопередача через стенки простой формы.

При теплопередаче через стенку простой формы величина теплового потока определяется по формуле:

Q= k ( t_ж1 - t_ж2 )

При теплопередаче через плоскую многослойную стенку:

При теплопередаче через цилиндрическую многослойную стенку:

При теплопередаче через шаровую многослойную стенку:

Значение температур на поверхностях или между слоями стенок могут быть рассчитаны соответственно:

При теплопередаче через плоскую многослойную стенку

При теплопередаче через цилиндрическую многослойную стенку

При теплопередаче через шаровую многослойную стенку

Оребрение

Оребрение производится с той стороны поверхности стенки, где коэффициент теплоотдачи меньше. Коэффициент оребрения определяется, как отношение оребренной и неоребренной поверхностей b= F_реб/F_гл.. Предположив, что минимальный коэффициент теплоотдачи a₂ имеем

Для плоской поверхности ,

Для цилиндрической поверхности

Для шаровой поверхности

Тепловая изоляция. При расчете тепловой изоляции необходимо определить потери тепла через проектируемую конструкцию, а также подобрать необходимый теплоизоляционный материал и толщину изоляции. Обычно все эти расчеты проводятся по формулам теплопроводности или теплопередачи. Для проведения оценочного расчета можно воспользоваться формулой, позволяющей выбрать тип изоляции

где d₂- наружный диаметр неизолированного трубопровода.

Примеры решения задач

Задача 1

Определить потерю теплоты через 1 м² кирпичной обмуровки котла толщиной d = 250 мм и температуры стенки t_С1 и t_С2, если температура газов t_Ж1 = 600°С, температура воздуха t_Ж2 = 30°С, коэффициент теплоотдачи со стороны газов a₁ = 20 Вт/(м²К), коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха a₂ = 8 Вт/(м²К) и коэффициент теплоотдачи обмуровки l₀ = 0,7 Вт/(мК).

Решение

Стенка котла плоская, поэтому значение коэффициента теплоотдачи

тепловой поток ,

температуры: ,

Задача 2

Определить плотность теплового потока через стенку, холодная сторона которой оребрена и коэффициент оребрения F₂/F₁ = 13. Толщина стенки d = 10 мм и коэффициент теплопроводности материала l = 40 Вт/(мК). Коэффициенты теплоотдачи соответственно a₁ = 200 и a₂ = 10 Вт/(м²К), а температуры t_Ж1 = 75°С, t_Ж2 = 15°С.

Решение

Определим коэффициент теплопередачи:

тогда плотность теплового потока:

При отсутствии ребер:

Таким образом, оребрение поверхности позволяет увеличить теплопередачу более чем в 8 раз.

Задача 3

Наружный диаметр горизонтального паропровода 120/5 мм, температура пара 320°С. Температура воздуха в машинном отделении 30°С. Определить тип изоляции при условии, что толщина теплоизоляционного слоя не должна превышать 50 мм, а температура поверхности 50°С.

Решение

d₁ = 0,11 м; d₂= 0,12 м; d_ИЗ = 0,22 м; l_Т = 40 Вт/(мК).

Допустим, что процесс передачи тепла стационарный, тогда величина линейной плотности теплового потока постоянна.

С поверхности тепловой изоляции в окружающую среду передается тепловой поток:

при t_Ж = 30°С l_Ж = 0,0256 Вт/(м×град), n_Ж = 16,56×10^-6 м²/с,

Отсюда ,

Примем , тогда

Допустим, что температура внутренней поверхности трубы равна температуре пара, то есть , тогда ,

отсюда l_ИЗ = 0,059 Вт/(мК).

По таблицам: в качестве теплоизоляционного материала можно использовать минеральную шерсть l = 0,046 Вт/(мК).

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 980; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!