Методические указания. Задачи 1-10. Для расчета коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении воды в большом объеме можно воспользоваться формулой Михеева М.А

 

Задачи 1-10. Для расчета коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении воды в большом объеме можно воспользоваться формулой Михеева М.А. (3.15, 3.16) [1].

Задачи 11-20. При решении этих задач необходимо воспользоваться формулами Нуссельта для вычисления коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации чистого неподвижного пара на вертикальных трубах (12.13) и на горизонтальных трубах (12.24). Если физические свойства конденсата будут приниматься при температуре насыщения t_H, , то в указанные выше формулы необходимо ввести поправку на зависимость физических свойств конденсата от температуры.

Задачи 21-29. При решении этих задач необходимо воспользоваться формулой (10.11) [2], приняв степень черноты окружающей среды .

Задача 30. Для решения задачи надо составить уравнение теплового баланса для термопары, считая при этом, что все тепло, полученное ею в результате конвекции от воздуха, отдается путем лучеиспускания холодным стенкам канала.

Задачи 31-37. Расчет теплообмена между телами с плоскопараллельными поверхностями (17.9), экраном между ними (17.20), телами, из которых одно находится в плоскости другого (17.39), в поглощающей среде (18.40) [1].

Задачи 39,40. Методические указания приведены в варианте №1(К.р.№ 3, задача 4). их задач необходимо воспользоваться формулами Нуссельта для вычисления коэффициента теплоотдач

 

Задачи

1. Определить коэффициент теплоотдачи и тепловую нагрузку поверхности нагрева при давлении кипящей воды 12 бар и температуре поверхности нагрева 200°С.

2. В электроиспарителе кипит вода при атмосферном давлении. Диаметр электропровода 1,2 мм, удельное электрическое сопротивление .

Вычислить наибольшую силу тока, который можно пропустить по проводу при условии, чтобы на поверхности провода сохранился пузырчатый режим кипения.

3. Определить давление и температуру кипящей воды, если тепловая нагрузка поверхности нагрева , а ее температура 180°С.

4. Тепловая нагрузка поверхности нагрева равна , а ее температура 180°С.Найти давление и температуру кипящей воды.

5. Вычислить коэффициент теплоотдачи и тепловую нагрузку поверхности нагрева испарителя при давлении кипящей воды 16 бар и температуре поверхности нагре­ва 212°С.

6. Тепловая нагрузка поверхности нагрева равна , а ее температура 190°С.Найти давление и температуру кипящей воды.

7. Вычислить наибольшую силу тока, который мож­но пропустить по нихромовому проводу, помещенному в воду при условии, чтобы на поверхности провода со­хранился пузырчатый режим кипения. Диаметр провода 1,1 мм, удельное электрическое сопротивление нихрома .

8. Тепловая нагрузка поверхности нагрева испарителя равна , а ее температура 190°С.

Определить температуру и давление кипящей воды.

9. Определить коэффициент теплоотдачи и тепловую нагрузку поверхности нагрева при давлении кипящей воды 12,5 бар и температуре поверхности нагрева 201°С.

10.Вычислить давление и температуру кипящей воды, если тепловая нагрузка поверхности нагрева равна , а ее температура 179°С.

11.Определить коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося сухого насыщенного водяного пара к вертикальной трубе высотой 1 м, если температура ее поверхности °С, а давление насыщенного пара р=1,5 бар.

12.Определить количество сухого насыщенного пара, которое сконденсируется за 6 ч на горизонтальной трубке диаметром 25 мм и длиной 3 м, если температура поверхности трубки 21°С, а давление пара 0,05 бар.

13. Определить коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося сухого насыщенного водяного пара к горизонтальной трубке диаметром 25 мм, температура поверхности которой °C. Давление насыщенного пара р=1,6 бар.

14. При каком отношении длины трубки к диаметру теплоотдача при пленочной конденсации водяного пара на горизонтальной и вертикальной трубках будет одинаковой?

15. На поверхности горизонтальной трубки, расположенной в верхнем ряду конденсатора паровой турбины, происходит пленочная конденсация сухого насыщенного водяного пара при давлении 0,05 бар.

Наружный диаметр трубки 20 мм, температура ее поверхности 16°С. Вычислить коэффициент теплоотдачи от пара к трубке, а также количество пара, которое сконденсируется за 1 час на 1 пог. м трубки.

16. Найти коэффициент теплоотдачи от конденсирую­щегося сухого насыщенного водяного пара к верти­кальной трубе высотой 1,2 м, если температура ее поверхности 101°С, а давление пара р=1,5 бар.

17.Определить количество сухого насыщенного во­дяного пара, которое сконденсируется за 4 ч на го­ризонтальной трубке диаметром 24 мм и длиной 2 м, если температура поверхности трубки 20°С, а давление пара 0,05 бар.

18. Горизонтальная трубка имеет наружный диаметр 25 мм и температуру поверхности 12°С. На поверхности трубки происходит пленочная конденсация сухого насыщенного водяного пара при давлении р=0,045 бар. Определить коэффициент теплоотдачи от пара к трубке и количество пара, конденсирующееся за 1 ч на 1 пог. м трубки.

19. На вертикальной трубке длиной 1 м идиаметром 25 мм происходит пленочная конденсация водяного па­ра. Вычислить, во сколько раз изменится коэффици­ент теплоотдачи, если трубку расположить горизон­тально.

20. На поверхности горизонтальной трубки диаметром 25 мм происходит пленочная конденсация сухого насыщенного водяного пара при давлении р=0,073 бар. Температура поверхности трубки 12°С.

Определить коэффициент теплоотдачи от пара к трубке, а также количество пара, которое сконденсируется за 1 ч на 1 пог. м этой трубки.

21. Определить степень черноты поверхности шара, находящегося в большом помещении, если температура поверхности шара 427°С, температура стен помещения 27°С. Количество тепла, теряемое шаром в результате излучения за 1 с, Q=180 Вт. Диаметр шара 0,2 м.

22. Определить количество тепла, отдаваемого посред­ством излучения паропроводом, имеющим температуру и степень черноты поверхности соответственно t=500°С и . Температура окружающей среды 30°С. Диаметр паропровода 0,3 м.

23. Вычислить потерю тепла излучением стального цилиндра диаметром 70 мм и длиной 150 мм, находящегося в большом помещении. Температура поверхности цилиндра и степень черноты соответственно равны: t=700°С и . Температура поверхности стен 20°С.

24. Сосуд, имеющий двойные стенки (дьюаровский сосуд), наполнен жидким кислородом.

Обе стенки сосуда покрыты слоем серебра, степень черноты которого равна . Воздух из объема между стенками откачан. Температура внутренней поверхности внешней стенки равна 23°С, а внешней поверхности внутренней стенки t= — 183°С.

Вычислить количество тепла, которое проникает в сосуд посредством лучистого теплообмена между стенками.

Поверхности обеих стенок сосуда принять одинаковыми и равными .

25. Количество тепла, теряемое 1 пог. м паропровода за 1 с путем излучения, равно Q=12000 Вт/м. Температура поверхности паропровода равна 527°С. Температура окружающей среды 27°С. Диаметр паропровода 0,2 м.

Определить степень черноты поверхности паропровода.

26. Определить количество тепла, отдаваемого посредством излучения паропроводом, имеющим температуру и степень черноты поверхности соответственно t=470°С и . Температура окружающей среды 25°С. Диаметр паропровода 0,2 м.

27. Определить теплоотдачу излучением от поверхности отопительного радиатора в помещении. Температура стенок радиатора, практически равная температуре греющей воды, 92°С. Температура стен помещения 15°С. Степень черноты поверхности радиатора 0,9.

28. Вычислить количество тепла, теряемого водой, налитой в цилиндрический термос, при температуре 98°С. Стенки вакуумной промежуточной полости посеребрены: ⁴.

Температура наружной поверхности внутренней стенки равна температуре воды, а температура внутренней поверхности наружной стенки 22°С. Диаметр внутренней полости термоса 65 мм, наружный диаметр термоса 80 мм, длина 450 мм. Потери тепла через торцы термоса не учитывать.

29. Вычислить потерю тепла путем лучеиспускания стального шара диаметром 70 мм, находящегося в большом помещении. Температура поверхности и степень черноты соответственно равны: t=650°С и . Температура поверхности стен 15°С.

30. Для измерения температуры горячего воздуха, протекающего по каналу, в поток помещена термопара. Показание термопары равно 197°С. Степень черноты спая термопары и температура стенок канала равны соответственно 0,80 и 103°С. Коэффициент теплоотдачи соприкосновением от потока воздуха к спаю термопары

.

Найти ошибку в показании термопары, которая возникает в результате лучистого теплообмена между спаем термопары и стенками канала. Вычислить истинную температуру воздуха, протекающего по каналу.

31. Во сколько раз уменьшится лучистый теплообмен между двумя параллельными стальными пластинами со степенью черноты , если между ними поместить экран из асбестового картона, обладающего степенью черноты ? То же для трех и четырех экранов.

32. Определить коэффициент теплоотдачи путем излучения от дымовых газов к поверхности пучка труб водотрубного котла. Дымовые газы имеют температуру 1030°С и давление 1 бар. Температура наружной поверхности трубок равна 270°С. Центры трубок расположены в вершинах равностороннего треугольника, причем d =60 мм и х = 60 мм. Дымовые газы содержат 6% водяного пара и 11% углекислоты. Степень черноты поверхности трубок .

33. Дымовые газы при входе в цилиндрический газоход имеют температуру 970°С, при выходе 800°С. Давление газов 1 бар. Средняя температура поверхности газохода 600°С, степень черноты поверхности . Дымовые газы содержат 8% углекислоты и 11% водяного пара.

Определить количество тепла, передаваемого лучеиспусканием от газов к 1 м² поверхности газохода. Диаметр газохода d =0,7 м.

34. Вычислить, какое количество экранов из медных листов С_э=0,97 Вт/м²∙К⁴ надо поставить между двумя железными стенками С₁= С₂=4,95 Вт/м²∙К⁴, чтобы уменьшить лучистый теплообмен от одной железной стенки к другой в 18 раз.

35. Для измерения температуры горячего воздуха, протекающего по каналу, в поток помещена термопара. Показание термопары равно 155°С. Степень черноты спая термопары и температура стенок канала равны соответственно 0,85 и 120°С. Коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к спаю термопары

.

Найти ошибку в показании термопары, которая возникает в результате лучистого теплообмена между спаем термопары и стенками канала. Вычислить истинную температуру воздуха.

36. Паропровод с внешним диаметром 18 см проходит сначала по квадратному каналу, имеющему размеры см², затем по коридору шириной 1,7 м и высотой 2,5 м, и, наконец, по залу шириной 7 м и высотой 5 м. Длины канала, коридора и зала настолько велики по сравнению с их поперечными размерами, что задачу можно рассматривать как двухмерную.

Определить приведенные коэффициенты для всех трех случаев, если для поверхности трубы С₁=4 Вт/м²∙К⁴, а для стен во всех трех случаях С₂=4,3 Вт/м²∙К⁴. Вычислить потери тепла излучением 1 пог. м паро­провода к стенкам квадратного канала, если температу­ра поверхности паропровода 90°С, а температура стенок канала 15°С.

37. Между двумя пластинами со степенью черноты расположен экран, имеющий степень черноты =0,15. Температуры пластин соответственно равны 285 и 70°С. Определить температуру экрана и ко­личество тепла, передаваемого от горячей пластины к холодной.

38. В газоходе парового котла расположен пучок ки­пятильных труб диаметром d =57,5 мм. Трубы расположены по треугольнику, расстояние между поверхностями труб х =115 мм. Дымовые газы, омывающие трубы, имеют температуру 980°С, давление р = 1 бар и содер­жат 4% водяного пара и 12% углекислоты. Температура наружной поверхности труб равна 230°С, степень черноты поверхности .

Вычислить коэффициент теплоотдачи путем лучеис­пускания от газов к трубам.

39. Определить конечные температуры теплоносите­лей и количество тепла, передаваемое в прямоточ­ном теплообменнике с поверхностью нагрева F = 2,3 м², если коэффициент теплопередачи равен . Начальные температуры горячего и холодного теплоно­сителей соответственно равны 120 и 20°С, а величины и равны .

40. Секундный расход охлаждаемой жидкости в теплообменном аппарате равен 0,1 кг/с, начальная температура жидкости °С, плотность = 1100 кг/м³, удельная теплоемкость . Поверхность теплообмена 7 м². Для охлаждения имеет­ся 0,3 кг/с воды при температуре 5°С. Коэффициент теплопередачи . Определить конечные температуры жидкостей и ко­личество передаваемого тепла, если теплообменник выполнен по схеме противотока.