Задача на тему Термодинамика
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2014-11-09Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
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:
SHAPE \* MERGEFORMAT
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:
SHAPE \* MERGEFORMAT
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;
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:
SHAPE \* MERGEFORMAT
| стальная стенка |
| вода |
| t2ст |
| t2 |
| газы |
| t1 |
| t1ст |
2. Коэффициент теплопередачи для плоской стенки с накипью:
Температура стенки со стороны газов:
Температура стенки со стороны воды:
Температура стенки между накипью и сталью:
SHAPE \* MERGEFORMAT
| стальная стенка |
| накипь |
| вода |
| газы |
| tнст |
| t2ст |
| t2 |
| t1 |
| t1ст |
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:
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;
