Методические указания. Задачи 1,2. Необходимо помнить, что у подобных процессов в модели и образце одноименные определяющие безразмерные числа имеют одинаковые числовые значения.

Задачи 1,2. Необходимо помнить, что у подобных процессов в модели и образце одноименные определяющие безразмерные числа имеют одинаковые числовые значения.

Задачи 3, 5, 7, 8, 10. В таблицах обычно приводятся значения динамического и кинематического коэф­фициентов вязкости газов при давлении в 1 физическую атмосферу ().

Для решения указанных задач надо знать величину кинематического коэффициента вязкости v при давле­ниях газов, отличных от р = 1 атм.

В этом случае v определяется по формуле:

где — динамический коэффициент вязкости (не зависит от давления и определяется из таблиц при дан­ной в условии задач температуре), —плотность, кото­рую следует определить для данных р и Т на основании уравнения состояния идеального газа.

Учесть, что уравнение Менделеева — Клапейрона в системе единиц СИ имеет вид:

где давление P выражено в , удельный объем в , М – масса R – газовая постоянная в , Т – абсолютная температура газов в К.

Задачи 6,9. Необходимо воспользоваться методикой получения эмпирических формул (§6.6.[1]).

Задача 13. Учесть, что для данных в задаче значений показатель степени в формуле равен n=1/3.

Задача 18. При решении задачи учесть, что критериальной зависимостью для даиных условий является:

.

 

 

Задачи

1. Определить значение кинематического коэффи­циента вязкости и скорости течения жидкости в модели, в которой исследуется теплообмен при вынужденной конвекции. Коэффициент температуропроводности жид­кости в модели .

В образце, представляющем собой трубу диаметром 0,4 м, протекает воздух, имеющий температуру 170°С и давление 1 бар.

Скорость течения воздуха 80 м/с. Диаметр трубы модели в 5 раз меньше диаметра трубы образца.

2. Необходимо опытным путем определить распределение температур в длинном стальном вале диаметром 400 мм через 2 ч после загрузки его в печь.

Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности стали равны соответственно:

Коэффициент теплоотдачи к валу печи .

Исследование необходимо провести на модели вала, выполненной из легированной стали. Для модели:

; .

Определить диаметр модели вала и промежуток времени через который необходимо измерить распреде­ление температур в модели после загрузки ее в печь.
3. В трубе (образце) движется азот, имеющий дав­ление 9,8 бар и температуру 180°С. Скорость движения 25 м/с.

Чему должна быть равна скорость воды в гидродина­мической модели, размеры которой составляют 1/20 от размеров образца? Температура воды 15°С.

4. Определить значение кинематического коэффи­циента вязкости и скорости течения жидкости в модели, в которой исследуется теплообмен при вынужденной конвекции. Коэффициент температуропроводности жидкости в модели 0,8 10 ^-6м²/с.

В образце, представляющем собой трубу диаметром 0,3 м, протекает воздух, имеющий температуру 190°С и давление 1 бар. Скорость течения воздуха 70 м/с. Диаметр трубы модели в 6 раз меньше диаметра трубы образца.

5. В образце (трубе) движется воздух со скоростью 15 м/с. Давление воздуха 3 бар и температура 330°С. Чему должна быть равна скорость воды в гидродинамической модели, линейные размеры которой в 20 раз больше раз­меров образца?

Температура воды 20°С.

6. В опытах по изучению теплообмена при свободной конвекции между нагретой цилиндрической трубой и окружающим воздухом были получены следующие данные:

Диаметр трубы 0,03 м. Температура воздуха вдали от трубы 20°С.

Вычислить значения С и n в критериальной формуле:

7. В трубе диаметром 60 мм движется воздух со скоростью 17 м/с. Давление воздуха 5 бар и температура 350°С. Каков должен быть диаметр трубы гидродинами­ческой модели, в которой течет вода, имеющая скорость 5 м/с и температуру 10°С?

8. В образце, представляющем собой трубу, движется воздух со скоростью 25 м/с. Давление воздуха 3 бар и температура 275°С. Чему должна быть равна скорость воды в гидродинамической модели, линейные размеры которой в 15 раз больше размеров образца? Температура воды 30°С.

9. На воздушной модели парового котла производилось изучение теплоотдачи при вынужденной конвекции. Для одного из газоходов модели при различных скоростях воздуха, были получены следующие значения коэффициента теплоотдачи:

 

	2,0	3,14	4,65	8,8
	50,5	68,6	90,7	141,2

 

 

Средняя температура воздуха, проходящего через модель, 30°С. Диаметр трубок модели d =12,5 мм. На основе данных, полученных на модели, определить значения С и п в критериальной формуле:

.

10. В образце, представляющем собой трубу, течет вода со скоростью 25 м/c.

Температура воды 20°С. Чему должна быть равна скорость воздуха в гидродинамической модели, размеры которой в 10 раз больше размеров образца?

Давление воздуха 4 бар, температура 180°С.

11. Электронагреватель из нихромового провода диа­метром 1 мм, охлаждается свободным потоком воздуха, температура которого вдали от провода равна 20°С.

Найти наибольшую силу тока, который можно про­пустить через нагреватель, чтобы температура провода не превышала 1000 °С.

Удельное сопротивление нихрома: . Излучение тепла при расчете не учитывать.

12.Рассчитать коэффициент теплоотдачи при сво­бодной конвекции от вертикальной плиты к окружаю­щему воздуху.

Высота плиты Н=2,2 м, температура поверхности плиты 120°С, температура воздуха вдали от поверхности 15°С.

13. Две трубы, имеющие одинаковые температуры поверхностей, охлаждаются свободным потоком воздуха.

Диаметр одной трубы в 20 раз превышает диаметр другой. Критерий Gr Рг для малой трубы равен 10⁸.

Определить отношение коэффициентов теплоотдачи и отношение потерь тепла для этих труб.

14.Рассчитать коэффициент теплоотдачи для трубы, нагретой до температуры 85°С, в условиях свободного потока воды с температурой 10°С. Диаметр трубы d = 50 мм.

15.Вычислить коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции от горизонтальной плиты к окружаю­щему воздуху, если плита обращена теплоотдающей по­верхностью кверху.

Размеры плиты м², температура поверхности плиты 120°С, температура воздуха вдали от плиты 15°С.

16. Найти потери тепла, приходящиеся на 1 пог. м паропровода за счет конвекции в течение 4 ч, если па­ропровод охлаждается свободным потоком воздуха, име­ющим температуру вдали от паропровода 20°С. Наружный диаметр паропровода 200 мм, температура его поверхности 190° С. Потери тепла излучением не учитывать.

17. Вычислить эквивалентный коэффициент теплопро­водности и плотность теплового потока через вертикальную щель шириной мм, заполненную воздухом. Температуры горячей и холодной поверхностей равны соответственно 220°С и 60°С.

18. Две горизонтальные трубы, имеющие одинаковые температуры поверхностей, охлаждаются свободным потоком воздуха. Диаметр первой трубы в 8 раз больше диаметра второй. Найти отношение коэффициентов теплоотдачи и отношение потерь тепла для труб , если известно, что для каждой из них число Gr Рг лежит в пределах 5 10² 2 10⁷.

19.Определить коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции от горизонтальной плиты к окружающему воздуху, если плита обращена теплоотдающей поверхностью книзу.

Размеры плиты м², температура поверхности плиты 110°С, температура воздуха вдали от плиты 20°С.

20. Электропровод диаметром d = 3 мм охлаждается свободным потоком воздуха. Температура провода рав­на 100°С, а температура воздуха вдали от провода 20°С.

Во сколько раз и в какую сторону изменится коэф­фициент теплоотдачи от провода, если его поместить в воду, сохранив температуры провода и теплоносителя без изменения? Как следует при этом изменить силу тока в проводе?

21. Определить коэффициент теплоотдачи при течении воды в трубе диаметром 8 мм и длиной 3 м, если средняя температура воды равна 70°С, средняя температура стенки трубы 20°С, а скорость воды 12 м/с.

22. Вычислить коэффициент теплоотдачи трубки диаметром 10 мм, омываемой поперечным потоком трансформаторного масла, движущегося со скоростью 0,25 м/с. Температура масла 80°С, средняя температура стенки трубки 20°С.

23. По горизонтальной трубке диаметром d= 15 мм протекает вода. Расход воды ,ее темпе­ратура на входе в трубку 90°С. Средняя температура стенки 20°С.

Какую длину должна иметь трубка для того, чтобы на выходе из нее температура воды была равна 25°С?

24. Электропровод диаметром d = 4 мм охлаждается поперечным потоком воздуха, движущимся со скоростью 1,2 м/с.

Температура воздуха вдали от провода 20°С.

Вычислить коэффициент теплоотдачи от провода к воздуху.

25. В трубке движется вода со средней скоростью 2,5 м/с и температурой 50°С. Внутренний диаметр трубки 18 мм, ее длина 2 м. Средняя температура стен­ки трубки 15°С.

Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде.

26. Вычислить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки пароперегревателя к потоку перегретого пара. Внутренний диаметр трубки d= 25 мм, средняя скорость пара w = 18 м/с, средняя температура 400°С и среднее давление 40 бар.

27. Определить коэффициент теплоотдачи при тече­нии воздуха в трубе диаметром 9 мм и длиной 3 м. Средняя температура воздуха 60°С, средняя температура стенки трубы 30°С. Скорость воздуха 3 м/с.

28. По горизонтальной трубке диаметром d =17 мм протекает вода. Секундный расход воды , еетемпература на входе 85°С, средняя тем­пература стенки 18°С.

Какую длину должна иметь трубка для того, чтобы на выходе из нее температура воды равнялась 25°?

29. Определить коэффициент теплоотдачи при дви­жении трансформаторного масла в трубке диаметром d= 10 мм и длиной 1 м, если средняя температура мас­ла 70°С, температура стенки трубки 20°С, а скорость движения масла 1 м/с.

30. Вычислить коэффициент теплоотдачи при течении воды в трубе диаметром 10 мм и длиной 2 м. Средняя температура воды 60°С, средняя температура стенки трубы 18°С, скорость воды 10 м/с.