Тепломасообмен

 

Министерство  образования и науки Украины

Запорожская государственная инженерная академия

Кафедра теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине: ТЕПЛОМАСООБМІН

 

 

 

 

 

Выполнил:                                              ст.гр. ТЕ – 10 – 4зт П.Е. Тарасов

                                                                                    

 

Приняла:                                                 д.т.н., профессор  И.Г. Яковлева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запорожье

2013

Задача  №1

 

 В  цех из котельной подают горячую  воду по трубе диаметром d_H x δ со скоростью V. Вода входит в трубу с температурой и имеет средний коэффициент теплоотдачи α₁. К наружному воздуху с температурой теплота от трубы переходит с коэффициентом теплоотдачи α₂. Какую теплопроводность должна иметь изоляция на трубе, чтобы при ее толщине δ_из падение температуры воды от котельной до цеха, между которыми расстояние  L  не превышало Δt .

Таблица исходных данных к задаче №1

№	Материал трубы	dH x δ, мм	V, м/с	L, м	Δt, оС	, оС	α1, Вт/(м2·К)	, оС	α2, Вт/(м2·К)	δиз, мм
88	Латунь	58х3,0	1,5	420	5	86	2100	9	30	24

 

λ₁ = λ_лат = 93 Вт/мК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

 

1. Мгновенный  поток тепла которое трубопровод с горячей водой теряет по дороге от котельной до цеха:

 

 

 

ρ – плотность воды 10 кг/м³;

v – скорость воды;

с – теплоемкость воды 4,19 кДж/кг·К;

Δt – потери температурного напора 5К

S – площадь сечения  трубопровода.

 

2. Расчет  тепла, которое теряется теплопередачей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

Теплопроводность изоляции на трубе  должна быть не более λ_из = 0,263 Вт/м·К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №2

 

В паровом  подогревателе на трубках с толщиной δ конденсируется водяной пар давлением Р. Внутри труб греется вода при средней температуре t_ср. Коэффициенты теплоотдачи: для пара α₁  , для воды α₂ . На поверхностях трубок с одной стороны слой накипи толщиной δ_нак  с другой – слой ржавчины толщиной δ_рж. Найти температуры на поверхностях всех слоев и построить температурный график.

Таблица исходных данных к задаче №2

№	Материал трубы	δ, мм	Р, кПа	tср, оС	α1, Вт/(м2·К)	α2, Вт/(м2·К)	δнак, мм	δрж, мм
88	Латунь	8	1255	40	12800	5200	2,5	1,5

 

t_конд = 190°С

r_n = 1,978·10⁶ Дж/кг

λ_рж = 1,15Вт/м·К

λ_накип = 1,75Вт/м·К

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

 

1. Плотность теплового потока:

 

 

 

т.к. d_u не задан - зададимся d_u = 50 мм

 

 

 

 

 

2. Расчет  температуры на поверхности стенки и слоя ржавчины:

 

Обозначим:

t_в = температура внутренней стенки трубки пароводяного нагревателя.

t_н = температура наружной стенки трубки пароводяного нагревателя.

t_рж = температура на поверхности слоя ржавчины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №3

 

Печь  изнутри выложена «Материал 1», за которым следует слой «Материал 2» толщиной δ₂ и, наконец, снаружи - слой «Материал 3», толщиной δ₃. На внутренней поверхности печи температура t₁ , на наружной t₄, . Какова должна быть толщина слоя «Материал 1», чтобы температура «Материал 2» не превышала t₂. Найти температуру на внутренней поверхности слоя «Материал 3».

Таблица исходных данных к задаче №3

№	Материал 1	Материал 2	δ2, мм	Материал 3	δ3, мм	t1, оС	t2, оС	t4, оС
88	Шамотный кирпич	Динасовый кирпич	230	Силикатный кирпич	30	1175	760	60

 

λ₁ = 1,14 Вт/м·К; λ₂ = 0,35 Вт/м·К; λ₃ = 0,81 Вт/м·К;

δ₃ = 30 мм

Решение:

1. Определение теплового потока:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №6

 

Варочный  котел сферической формы с  наружным диаметром d_н, сделан из нержавеющей стали. Толщина стенки котла δ. Внутри находится жидкость с температурой t_ж1; снаружи котел покрыт слоем асбеста толщиной δ_а. В цехе температура воздуха t_ж2. Коэффициент теплоотдачи внутри и снаружи котла α₁ и α₂ соответственно. После включения вентиляции в цехе температура воздуха снизилась до t_ж3, а коэффициент теплоотдачи α₂ от наружной поверхности котла увеличился в 1,6 раза. На сколько процентов возросли потери теплоты от котла?

Таблица исходных данных к задаче №6.

№	dн, мм	δ, мм	δа, мм	tж1, °С	tж2, °С	α1, Вт/(м2·К)	α2, Вт/(м2·К)	tж3, °С
88	800	5	60	120	25	760	17	20

α₃=1,6α₂

λ_н = 18 Вт/мК

λ_а =0,087+0,24·10^-3t

 

 

 

 

Решение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

Потери теплоты от котла возросли на 3,2%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №8

 

Брусок  металла размером XхYхZ мм с начальной температурой t₁,^оС теплопроводностью λ коэффициент температуропроводности a, разогревается в печи, где температура t₂, и коэффициент теплоотдачи α₂.

Найти температуру  в центре бруска через  τ, после начала нагрева. Каковы при этом будут температуры в центре каждой грани?

Таблица исходных данных к задаче №8

№	X, мм	Y, мм	Z, мм	λ, Вт/(м·К)	a·106, м2/с	t1, °С	t2, °С	α2, Вт/(м2·К)	τ, ч
88	360	490	560	40	5,00	31	1200	180	1,4

 

Число Фурье F_o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число :

 

 

 

 

 

 

 

X	0,78	0,81	0,65	0,55
Y	0,42	1,10	0,78	0,51
Z	0,32	1,26	0,82	0,49

 

По теореме перемножении решений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура через1,4 часа данного центра бруска и граней будет: