Термодинамика

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Термодинамика

Термодинамика

2

Вариант 42

Задача №1

Дано:

t1 = 850oC

t2 = 130oC

б1 = 30Вт/м2·К

б2 = 3500Вт/м2·К

дс = 18мм

дн = 1,6мм

лс = 60Вт/м·К

лн = 1Вт/м·К

Найти:

t1ст -?

t2ст - ?

q - ?

k -?

Решение

1. Коэффициент теплопередачи для плоской стенки без накипи:

Плотность теплового потока от газов к воде:

Температура стенки со стороны газов:

Температура стенки со стороны воды:

2

2. Коэффициент теплопередачи для плоской стенки с накипью:

Плотность теплового потока от газов к воде:

Температура стенки со стороны газов:

Температура стенки со стороны воды:

Температура стенки между накипью и сталью:

2

Так как накипь имеет величину теплопроводности значительно меньшую, чем у стали, то отложение тонкого слоя накипи приводит к значительному уменьшению коэффициента теплопередачи и снижению теплового потока.

Задача №2

Дано:

шахматное

d = 60мм

tвоз = 500оС

щ = 13м/с

ш = 50о

Найти:

б - ?

Решение

Коэффициент теплоотдачи от газов к трубе при поперечном обтекании под углом 90о:

л - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре

где Re - число Рейнольдса;

сz - коэффициент, учитывающий ухудшенную теплоотдачу

первых рядов труб и зависящий от общего числа рядов в пучке.

сz = 0,9.

где н - кинематическая вязкость воздуха

н = 79,38 · 10-6 м2/с;

Коэффициент теплоотдачи от газов к трубе при поперечном обтекании под углом 50о:

Задача №3.

Дано:

d = 26мм

l = 1,4м

рк = 4,0бар

tc = 90oC

Найти:

бв - ?

Gв - ?

бг - ?

Gг - ?

Решение

Средняя температура пленки конденсата

где tн - температура насыщения. По таблице “Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения” находим, при давлении пара р = 4,0бар, tн = 145оС;

1. Определяем коэффициент теплоотдачи для вертикальной трубки по формуле:

где ?t - разность температур пара и стенки, оС;

л - коэффициент теплопроводности конденсата, при температуре

с - плотность конденсата с = 945кг/м3

r - теплота парообразования, при р = 4,0 бар r = 2129,5кДж/кг;

н - кинематическая вязкость конденсата н = 0,135 · 10-6 м2/с;

Средняя линейная плотность теплового потока:

Количество конденсата образующегося в секунду на поверхности вертикальной трубки:

2. Определяем коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальной трубе по формуле:

Средняя линейная плотность теплового потока:

Количество конденсата образующегося в секунду на поверхности горизонтальной трубки:

На горизонтальной трубке пара конденсируется больше, чем на вертикальной.

Задача №4

Дано:

d = 90мм

l = 5м

t1 = 450oC

t2 = 10oC

е1 = 0,8

е2 = 0,9

0,3x0,3м

Найти:

Q1 - ?

Q2 - ?

Решение

Определяем потерю тепла излучением от боковой поверхности трубы в большом кирпичном помещении:

где Спр1 - приведенный коэффициент лучеиспускания:

Площадь поверхности трубы

Площадь поверхности помещения принимаем F2 = ?

Коэффициенты излучения поверхностей трубы и помещения:

где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела

Со = 5,67Вт/м2 · К4;

Т - температура, К;

Определяем потерю тепла излучением от боковой поверхности трубы в кирпичном канале 0,3х0,3м:

Площадь поверхности канала:

Задача №5

Дано:

стальной паропровод

150х165

t1 = 370oC

t2 = 55oC

д = 40мм

Найти:

ql - ?

Решение

Внутренний диаметр трубопровода d1 = 0,15м

Наружный диаметр трубопровода d2 = 0,165м

Наружный диаметр изоляции d3 = d2 + 2 ·д = 0,165 + 2 ·0,04 = 0,245м

Потеря тепла 1 пог.м. трубопровода:

где л1 - коэффициент теплопроводности стали л1 = 60Вт/м · К;

л2 - коэффициент теплопроводности асбестовой изоляции (волокна) л2 = 0,88Вт/м · К;

Задача №6

Дано:

d = 150мм

l = 5м

tн = 300оС

tв = 15оС

Найти:

б - ?

Решение

Коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к воздуху:

где Nu - критерий Нуссельта для воздуха при свободной конвекции с поверхности паропровода:

где Gr - число Гросгофа:

где в - коэффициент объемного расширения воздуха при средней температуре пограничного слоя:

н - кинематическая вязкость воздуха, при температуре tпс = 157,5оС

и - разность значений температуры поверхности трубы и воздуха:

Pr - число Прандтля для воздуха при tпс = 157,5оС Pr = 0,683;

C,n - коэффициенты, зависящие от режима конвекции

л - коэффициент теплопроводности воздуха, при температуре:

tпс = 157,5оС, л = 3,62 · 10-2 Вт/м · К;

Потеря тепла паропроводом за 1 час:

Задача №7

Дано:

D = 100мм

t1 = 500оС

W = 4м/с

ц = 80о

Найти:

б - ?

Решение

Коэффициент теплоотдачи от газов к трубе при поперечном обтекании под углом 90о:

Nu - число Нуссельта;

Предварительно определяем число Рейнольдса при движении газов:

где н - кинематическая вязкость дымовых газов при температуре:

t1 = 500оС, н = 79,38 · 10-6м2/с;

При числе Рейнольдса 1 · 103 < Re < 2 · 105

л - коэффициент теплопроводности дымовых газов при температуре: tг = 500оС, л = 6,74 · 10-2Вт/м · К;

где еш - поправочный коэффициент, при ш = 80о еш = 1,0

Задача №8

Дано:

р = 20атм

Q = 40 · 103ккал/м2 · час

Найти:

tw - ?

?ts - ?

qпр - ?

бпр - ?

Решение

Температура кипения воды при давлении р = 20атм tж = 213оС

Предельное значение теплового потока при кипении

где Reпр - критическое значение числа Рейнольдса;

Ar - число Архимеда;

Pr - число Прандтля Pr = 1,49;

r - теплота парообразования r = 1865,8кДж/кг;

с/ - плотность воды на нижней линии насыщения с/ = 805,3кг/м3;

с// - плотность пара на верхней линии насыщения с// = 10,65кг/м3;

н - коэффициент кинематической вязкости воды н = 0,14 · 10-6м2/с;

l* - определяющий размер пузырька пара при tж = 213оС находим по таблице l* = 0,2 · 10-6м;

Для определения предельного значения коэффициента теплоотдачи находим при Reпр ? 10-2

л - коэффициент теплопроводности пара, при температуре

t = 213оС, л = 3,7 · 10-2 Вт/м · К;

Так как Q = 46,5кВт/м2 < qпр =3282кВт/м2, то в котле происходит пузырьковое кипение пара.

Коэффициент теплоотдачи определяем по формуле:

Задача №9

Дано:

d = 100мм

l = 1м

t1 = 300оС

t2 = 25оС

е1 = 0,8

е2 = 0,9

0,3х0,3м

Найти:

Q1 - ?

Решение

Определяем потерю тепла излучением одним погонным метром стального паропровода в кирпичном канале 0,3х0,3м:

где а - высота стенки канала а = 0,3м;

Коэффициенты излучения поверхностей трубы и помещения:

где е1 - степень черноты окисленной стали е1 = 0,8 (из задачи №4);

е2 - степень черноты кирпича е2 = 0,9;

Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела

Со = 5,67 Вт/м2 · К4;