МАГНИТОГОРСК

Кафедра ТиЭС

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ТЕПЛОМАССООБМЕНУ

Выполнил:	студент спец. гр.ЭТ-09 Кулагина М. Ю. Вариант № 10
Проверил:	ст. преподаватель, д.т.н. Матвеева Г.Н.

МАГНИТОГОРСК

Задача 1. Нестационарная теплопроводность

Металлическая заготовка, имеющая форму пластины (циллиндра), неограниченной длинны, с начальной температурой , нагревается в печи, температура которой поддерживается постоянной до конечной температуры по оси заготовки . Считая длинну (и высоту) заготовки большими большими по сравнению с толщиной, определить:

1. Время нагревания заготовки до данной конечной температуры;

2. Температуры на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени (с использование монограмм Будрина);

3. Распределение температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени (с использованием аналитических формул);

4. Количество теплоты, подведённой к телу в течении всего периода нагревания (на 1 поверхности пластины или на 1 длинны циллиндра);

5. По результатам (2) и (3) построить графики.

Форма тела: ПЛАСТИНА

Материал: СТАЛЬ 08КП

1._Определение времени нагревания заготовки до конечной температуры

Сначала найдем из справочных таблиц теплофизические параметры пластины (теплоёмкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности и плотность) при начальной температуре :

Параметр
	0,49

	9,8·10⁶
	8,7·10³

Вычислим число и безразмерную температуру для центра пластины в последний момент времени нагрева:

По номограмме Будрина для центра пластины определим:

Вычислим время нагревания заготовки:

2._Определение температур на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени

Интервал времени нагревания заготовки разобьём на несколько промежутков. Для каждого значения вычислим время (в часах), найдём безразмерные температуры в центре и на поверхности пластины по номограммам Будрина (в зависимости от и ). По безразмерным температурам вычислим температуры в центре и на поверхности пластины в градусах Цельсия.

Для :

1. Время нагревания

2. Безразмерная температура в центре пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимоси от и ):

3. Безразмерная температура на поверхности пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимоси от и ):

4. Температура на оси циллиндра:

5. Температура на поверхности циллиндра:

Для остальных значений критерия Фурье вычисления производим по этим же формулам, результаты вычислений заносим в таблицу.

							11,5
0,28	0,57	1,13	1,42	1,7	2,27	2,83	3,26
0,9	0,78	0,59	0,55	0,46	0,35	0,3	0,22
0,83	0,71	0,55	0,48	0,43	0,33	0,25	0,2
	268,6	483,3	551,1	630,2	754,5		901,4
212,1	347,7	528,5	607,6	664,1	777,1	867,5

3._Определение распределения температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени

Для (т.к. заготовка имеет форму пластины), для вычисления безразмерной температуры можно ограничится одним членом ряда:

Ө=N₁ · cos(μ₁· X) · е^-μ₁^{2 Fo}

При определим из таблиц:

Найдём температуру в момент времени при расстоянии от центра пластины :

1. Аргумент косинуса (в радианах):

2. Косинус, вычисленный в этом аргументе:

3. Безразмерная температура для этой точки:

4. Температура для этой точки:

Для остальных точек и в другие моменты времени вычисления производим аналогичным образом, результаты записываем в таблицу.

				0,25	0,5	0,75
		0,0914	0,1828	0,2742	0,3656
		0,9958	0,9833	0,9626	0,9339
	0,57		0,765	0,762	0,752	0,736	0,729
	285,55	288,94	300,24	318,32	326,23
	1,42		0,512	0,509	0,503	0,492	0,477
	571,44	574,83	581,61	594,04	610,99
	2,27		0,353	0,346	0,342	0,335	0,324
	751,11	759,02	763,54	771,45	783,88
11,5	3,26		0,225	0,224	0,221	0,217	0,21
	895,75	896,88	900,27	904,79	912,7

4._Определение количества теплоты, подведённого к телу за весь период нагревания (в расчёте на 1 квадратный метр поверхности пластины)

Полное количество теплоты, которое было бы подведено к пластине (на 1 квардратный метр её поверхности), если бы нагревание длилось до наступления полного теплового равновесия между пластиной и воздухом печи:

Средняя безразмерная температура в последний момент времени нагрева:

Полное количество теплоты, подведённого к пластине (на 1 квадратный метр её поверхности) за весь период нагрева:

5._Графики, построенные по данным пунктов 2 и 3

Задача 2. Конвективный теплообмен при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности

Плоская пластина м. обтекается продольным потоком жидкости (газа) со скоростью м/с. Температура набегающего потока . Задана температура поверхности пластины . Найти:

1. Критическую координату точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный;

2. Толщины динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности;

3. Значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины;

4. Средние коэффициенты теплоотдачи для участков с различными режимами течения;

5. Построить графики , , .

Жидкость: трансформаторное масло

1. Вычисление критической координаты точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный

Определим теплофизические параметры дымовых газов при температуре :

Определим число Прандтля дымовых газов при температуре :

Вычислим число Рейнольдса:

Критическое число Рейнольдса:

Т.к. , то режим течения в пограничном слое на конце пластины - турбулентный.

Вычислим координату точки перехода ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное:

2. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности

2.1. Расчёт ламинарного режима течения

2.1.1. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв, а также коэффициентов теплопередачи для различных точек

Для точки вычислим:

Для других точек ламинарного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.

2.1.2. Вычисление среднего коэффициента теплопередачи и плотности теплового потока

2.2. Расчёт турбулентного режима течения

2.2.1. Вычисление толщины динамического пограничных слоя, а также коэффициентов теплопередачи для различных точек

Для точки вычислим:

Для других точек турбулентного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.

2.2.2. Вычисление среднего коэффициента теплопередачи и плотности теплового потока

2.3. Результаты вычислений

Параметр Ламинарный участок Турбулентный участок

0,1 0,5 0,8 1,225 1,3 1,7 2,1 2,5

0,008·10⁶ 0,041·10⁶ 0,065·10⁶ 0,1·10⁶ 0,106·10⁶ 0,139·10⁶ 0,17·10⁶ 0,204·10⁶

0,005 0,011 0,015 0,018 0,048 0,059 0,07 0,08

0,0009 0,0019 0,003 0,003 --- --- --- ---

232,76 526,6 663,1 822,44 5075,5 6031,4 6978,5

255,57 115,6 73,7 349,2 327,8 315,4 306,5

1644,9 8499,2

147,44 373,29

7371,84 18664,34

3. Построение графиков по результатам вычислений

Задача 3. Тепловой расчёт экономайзера

В экономайзер поступает вода. Вода движется по стальным трубам диаметром . Коэффициент теплопроводности стали . Средняя скорость движения пара , расход пара , давление . Температура и энтальпия перегретого пара соответственно и . Дымовые газы (13% и 11% ) в количестве движутся вдоль трубного пучка. Температура газов на входе . Средняя скорость газов в узком сечении пучка . Заданы расположение труб (шахматное или коридорное) и относительные шаги: поперечный и продольный . Со стороны газов трубы пароперегревателя покрыты слоем сажи толщиной . Теплопроводность сажи можно принять . Изменением давления по длинне пароперегревателя в расчётах можно пренебречь.

Определить поверхность нагрева, количество и длину змеевиков пароперегревателя парового котла. Схема движения теплоносителей в пароперегревателе показана на рисунке.

Дымовые газы: Вода: Диаметры труб: Расположение труб: шахматное Коэффициент теплопроводности сажи: Коэффициент теплопроводности стенки: Поперечный относит. шаг: Продольный относит. шаг: Слой сажи: Слой накипи:

1. Вычисление внешнего диаметра трубы с учётом слоя сажи

2. Уравнение теплового баланса

Считая, что потери давления по длине парогенератора равны 0, запишем уравнение теплового баланса:

Средняя температура воды:

Изобарная теплоёмкость воды:

кВт

Примем , тогда

Температура дымовых газов на выходе из ПП:

Средняя температура дымовых газов:

При этой температуре теплоемкость газа:

С_р1 = 1,14 кДж/(кг·град)

Рассчитываем температуру дымовых газов на выходе:

332,4°С

Средняя температура дымовых газов:

Разности температур:

3.. Вычисление коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к стенке

Теплофизические параметры дымовых газов:

Число Рейнольдса для дымовых газов:

1000<Re₁<100000- смешанный режим движения

Число Нуссельта для дымовых газов:

Где ε_s=

1,2<2, ε_s=

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке:

4 Вычисление коэффициента теплоотдачи от воды к стенке

4.1Вычисление коэффициента теплоотдачи конвекцией

Теплофизические параметры воды:

Число Рейнольдса для воды:

Re₂>100000- турбулентный режим

Число Нуссельта при коридорном расположении чистых труб:

Коэффициент теплопередачи конвекцией:

α_1изл=

t_c₁=t_cp₁=t_cp₁- °C

Средняя длина пути луча:

Произведения средней длины луча на парциальные давления двуокиси углерода и водяных паров:

При t_ср1=376°С

по графикам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара:

По графику определяем поправочный коэффициент на парциальное давление для водяного пара:

Суммарная степень черноты газовой смеси:

Температура поверхности труб:

При

По графикам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара по средней температуре стенки труб пароперегревателя

Поглощательная способность газовой смеси:

Степень черноты поверхности:

Приведённая степень черноты поверхности:

Тепловой поток, обусловленный излучением дымовых газов к стенке:

Коэффициент теплоотдачи излучением:

Коэффициент теплоотдачи на стороне дымовых газов

α₁=α_нар=α_1к+α_изл=82,1+5,9=88

5. Вычисление коэффициента теплопередачи для единицы длины трубы

Уточняем значения температуры стенки

t_c₁=t_ср1 -

t_c₂=t_ср2 -

Пересчитаем α_1изл. При t_c₁=286°С

Коэффициент теплоотдачи излучением:

α₁=α_нар=α_1к+α_изл=82,1+4,4=86,5

6. Определение конструктивных характеристик теплообменного аппарата

Общая длина труб теплообменника:

Поверхность теплообмена (используется значение наружного диаметра, т.к со стороны дымовых газов меньшее значение коэффициента теплоотдачи):

Количество труб:

Определим длину отдельных секций (змеевиков):

Задача 4. Теплообмен излучением между газом и твёрдой охлаждающей поверхностью

Вычислить плотность теплового потока, обусловленного излучением дымовых газов к поверхности газохода сечением AxB. Состав газов задан. Общее давление газа . Температура газов на входе в газоход и на выходе . Средняя температура поверхности газохода .

Материал: СТАЛЬ ШЕРОХОВАТАЯ

Степень черноты стали шероховатой:

Вычислим приведённую степень черноты стали шероховатой:

Вычислим среднюю температуру газов по тракту:

Средняя длинна пути луча:

Парциальные давления двуокиси углерода и водяного пара:

Первый метод (с использованием диаграмм)

Произведение парциального давления на двуокиси углерода и водяного пара на длинну луча:

По графикам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара:

По графику определяем поправочный коэффициент на парциальное давление для водяного пара:

Степень черноты газовой смеси:

По графикам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара по температуре стенки :

Поглощательная способность газовой смеси:

Плотность теплового потока:

Второй метод (аналитический)

Суммарное парциальное давления водяного пара и двуокиси углерода:

Степень черноты газовой смеси:

Поглощательная способность газовой смеси:

Плотность теплового потока:

Литература

1. Е.И. Казанцев. Промышленные печи.
Справочное руководство для расчётов и проектирования.
Москва, «Металлургия», 1975г.

2. Е.А. Краснощёков, А.С.Сукомел. Задачник по теплопередаче.
Москва, «Энергия», 1980г.

3. Ривкин С.Л.,Александров А.А.
Термодинамические своиства воды и водяного пара: Справочник.
Москва, «Энергоатомиздат», 1984г.

<== предыдущая лекция	\|	следующая лекция ==>
	\|	Введение. Разработка автоматизированной системы регулирования (АСР) производительности шаровой мельницы

Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 948. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при которых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Логические цифровые микросхемы Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют...

Краткая психологическая характеристика возрастных периодов.Первый критический период развития ребенка — период новорожденности Психоаналитики говорят, что это первая травма, которую переживает ребенок, и она настолько сильна, что вся последующая жизнь проходит под знаком этой травмы...

РЕВМАТИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ Ревматические болезни(или диффузные болезни соединительно ткани(ДБСТ))— это группа заболеваний, характеризующихся первичным системным поражением соединительной ткани в связи с нарушением иммунного гомеостаза...

Решение Постоянные издержки (FC) не зависят от изменения объёма производства, существуют постоянно...

Объект, субъект, предмет, цели и задачи управления персоналом Социальная система организации делится на две основные подсистемы: управляющую и управляемую...

Законы Генри, Дальтона, Сеченова. Применение этих законов при лечении кессонной болезни, лечении в барокамере и исследовании электролитного состава крови Закон Генри: Количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, при равновесии прямо пропорциональны давлению газа...

Ганглиоблокаторы. Классификация. Механизм действия. Фармакодинамика. Применение.Побочные эфффекты Никотинчувствительные холинорецепторы (н-холинорецепторы) в основном локализованы на постсинаптических мембранах в синапсах скелетной мускулатуры...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.036 сек.) русская версия | украинская версия