6 Теплоотдача при вынужденном течении жидкости
Задача 6.1 (Авчухов) Вдоль горячей стенки с постоянной температурой 120 °С направлен поток воздуха со скоростью 5 м/с. Определить средний коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху, если длина стенки 2 м, а температура набегающего воздуха 10 °С. Определить местный коэффициент теплоотдачи и толщину гидродинамического пограничного слоя воздуха на расстоянии 1 м от начала стенки.
Дано:
Температура стенки: tс =120°C.
Температура воздуха (набегающий поток): tж =10°C.
Скорость воздуха: w=5 м/с.
Длина стенки: L=2 м.
Точка, для которой ищем местные значения: x=1 м.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху на всей длине 2 м: 17,2 Вт/(м2⋅К). Местный коэффициент теплоотдачи на расстоянии 1 м от начала стенки: 16 Вт/(м2⋅К). Толщина гидродинамического пограничного слоя на расстоянии 1 м от начала стенки: 30 мм.
Скачать решение задачи 6.1 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.2 (Авчухов) Трансформаторное масло с температурой 90 °С охлаждается, протекая со скоростью 0,4 м/с вдоль металлической плиты, температура которой поддерживается 20 °С. Найти коэффициент теплоотдачи, если длина плиты по направлению потока 500 мм.
Дано:
Температура масла: tж =90°C.
Температура плиты: tс =20°C.
Скорость потока: w=0,4 м/с .
Длина плиты: L=0,5 м .
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи от масла к плите составляет примерно 85,3 Вт/(м2⋅К).
Скачать решение задачи 6.2 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.3 (Авчухов) Вдоль плоской стенки с обеих сторон движутся турбулентные потоки двух жидкостей, в процессе теплообмена с одной стороны коэффициент теплоотдачи 230, с другой - 400 Вт/(м2·К). Во сколько раз увеличится коэффициент теплопередачи через стенку, разделяющую жидкости, если скорость первого потока возрастет в 2 раза, а второго - в 3 раза? Термическое сопротивление стенки не учитывать.
Ответ: коэффициент теплопередачи увеличится в 1,94 раза
Скачать решение задачи 6.3 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.4 (Авчухов) Пластина длиной 500 мм и шириной 0,2 м имеет начальный необогреваемый участок длиной 100 мм. На поверхности пластины температура 30 °С. Продольный поток воды омывает пластину со скоростью 0,05м/с. Температура воды 70 °С. Найти тепловой поток к пластине. Сравнить с тепловым потоком для случая, когда пластина обогревается по всей длине.
Дано:
Длина пластины: L=0,5 м.
Ширина пластины: B=0,2 м.
Начальный необогреваемый участок: L0=0,1 м .
Обогреваемая часть: L1=L-L0=0,4 м .
Температура поверхности: tс =30°C.
Температура воды: tж =70°C.
Скорость потока: w=0,05 м/с .
Определяющая температура - температура набегающего потока: Tж =70°C.
Ответ: Тепловой поток к пластине с необогреваемым начальным участком составляет 883 Вт . Тепловой поток для случая полного обогрева составляет 960 Вт .
Скачать решение задачи 6.4 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.5 (Авчухов) В вертикальной трубе диаметром 22х1 мм и длиной 3,5 м течет трансформаторное масло сверху вниз со скоростью 0,12 м/с и средней температурой 90°С. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если температура стенки трубы 10 °С. Учесть влияние естественной конвекции.
Дано
Наружный диаметр трубы: D=22 мм
Толщина стенки: δ=1 мм
Длина: L=3,5 м
Внутренний диаметр:
d=D-2δ=22-2·1=20 мм=0,02 м
Скорость масла: w=0,12 м/с
Ответ: коэффициент теплоотдачи 72,5Вт /(м2·К)
Скачать решение задачи 6.5 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.6 (Авчухов) Трансформаторное масло подогревается от 10 до 30 °С, проходя внутри труб диаметром 20х1 мм и длиной 3 м. Найти коэффициент теплоотдачи, если средняя температура стенки трубы 40°С, количество труб 40 шт., а расход масла 18 400 кг/ч.
Дано
Число труб (по массовому расходу из условия): используется общий расход 18400 кг/ч, делится на 40 → расход на одну трубу.
Наружные/внутренние размеры:
внутренний диаметр берут как: dв=20-2·1=18 мм=0,018 м
Длина l=3 м
Массовый расход на одну трубу: Gтр=18400 кг/ч
Температуры: tж=20° C, tст=40° C
Ответ: коэффициент теплоотдачи 84,2Вт/(м2·К)
Скачать решение задачи 6.6 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.7 (Авчухов) По горизонтальной трубе диаметром 20х1 мм протекает вода с температурой 85°С на входе. Средняя температура стенки 15 °С. Расход воды 0,5 кг/с. На выходе из трубы вода должна иметь температуру 25 °С. Какой длины трубу следует для этого взять?
Дано:
Наружный диаметр трубы: D=20 мм
Толщина стенки: δ=1 мм
Массовый расход воды: G=0,5 кг/с
Температура воды на входе: tвх =25°C
Температура воды на выходе: tвых =85°C
Температура стенки: tс =15°C
Ответ: необходимая длина трубы: L = 9,6 м.
Скачать решение задачи 6.7 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.8 (Авчухов) По горизонтальному трубопроводу диаметром 55х2,5 мм движется воздух со скоростью 4,6 м/с и температурой 95 °С. Температура стенки трубы 60 °С. Определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубе. Во сколько раз изменится коэффициент теплоотдачи, если воздух заменить водой, протекающей со скоростью 1,2 м/с, а остальные условия оставить прежними?
Дано (из решения)
Геометрия трубы (берётся как внутренний диаметр): dв=55-2·2,5=50 мм=0,05 м
Скорость потока (вводится в расчётах через Re):
для воздуха: w=4,6 м/с
для воды: w=1,2 м/с
Температуры:
воздух: tж=95° C, tc=60° C
вода: tж=95° C, tc=60° C
Ответ: αвозд=18,6Вт/(м2·К). При замене воздуха водой: αводы увеличится примерно в 300 раз
Скачать решение задачи 6.8 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.9 (Авчухов) Найти коэффициент теплоотдачи при движении воздуха со скоростью 11 м/с по горизонтальной трубе диаметром 35х2,5 мм и длиной 5 м. Средняя температура воздуха 40 °С, а стенки трубы 20 °С. Найти температуру воздуха на входе и выходе из трубы.
Дано:
Скорость воздуха: w=11 м/с.
Наружный диаметр трубы: 35 мм.
Толщина стенки: 2,5 мм, значит внутренний диаметр:
d=35-2⋅2,5=30 мм=0,03 м.
Длина трубы: l=5 м .
Средняя температура воздуха: tж =40°C.
Температура стенки: tст =20°C.
Физические свойства воздуха при tж =40°C(из таблицы 2):
Коэффициент теплопроводности: λ=2,76⋅10-2 Вт/(м ⋅К).
Кинематическая вязкость: ν=16,96⋅10-6 м2/с .
Число Прандтля: Prж =0,699.
Ответ: коэффициент теплоотдачи: α=44,7 Вт/(м2⋅К).
Температура воздуха на входе: tвх = 63,9 °C.
Температура воздуха на выходе: tвых = 16,1 °C.
Скачать решение задачи 6.9 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.10 (Авчухов) По соплу реактивной установки движется горячий газ. Сопло в виде трубы с наружным диаметром 120 мм и длиной 4,4 м вложено в другую трубу внутренним диаметром 124 мм. Между трубами вдоль кольцевого канала подается охлаждающая жидкость в количестве 3,95 кг/с. Для средней температуры жидкости 46 °С известны параметры: теплоемкость 1890 Дж/(кг·К), плотность 1430 кг/м3, теплопроводность 0,33 Вт/(м·К), динамическая вязкость 0,75·10-3 Па·с. Температура наружной поверхности сопла 680°С. Определить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток к жидкости, если Рrс = 1,75, а большая труба снаружи теплоизолирована.
Дано:
Наружный диаметр сопла: d1=120 мм=0,12 м.
Внутренний диаметр внешней трубы: d2=124 мм=0,124 м .
Длина канала: l=4,4 м .
Массовый расход жидкости: G=3,95 кг/с .
Средняя температура жидкости: tж =46°C.
Теплоёмкость: cp=1890 Дж/(кг ⋅К).
Плотность: ρ=1430 кг/м3.
Теплопроводность: λ=0,33 Вт/(м ⋅К).
Динамическая вязкость: μ=0,75⋅10-3 Па⋅с .
Температура стенки (сопла): tст =680°C.
Число Прандтля при стенке: Prс =1,75.
Внешняя труба теплоизолирована.
Ответ: коэффициент теплоотдачи: α=13516,3 Вт/(м2⋅К) и 14,22 МВт
Скачать решение задачи 6.10 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.11 (Авчухов) Жидкость со средней температурой 40 °С, при которой ее плотность равна 858 кг/м3, а динамическая вязкость 0,78·10-3 Па·с, движется по вертикальной трубе внутренним диаметром 53 мм и длиной 8 м. Скорость течения 0,1 м/с. Температура стенки трубы 70°С. При этой температуре вязкость жидкости равна 0,54·10-3 Па·с. Определить режим течения жидкости и количество теплоты, передаваемой за сутки. Принять для жидкости по средней температуре теплоемкость 1300 Дж/(кг·К) и теплопроводность 0,14 Вт/(м·К).
Дано
Средняя температура жидкости: tж =40°C
Температура стенки трубы: tст =70°C
Плотность жидкости: ρ=858кг/м3
Динамическая вязкость жидкости: μж =0,78·10-3 Па·с
Динамическая вязкость при температуре стенки: μс =0,54·10-3 Па·с
Внутренний диаметр трубы: d=53 мм=0,053 м
Длина трубы: L=8 м
Скорость движения жидкости: w=0,1 м/с
Удельная теплоёмкость: cp=1300 Дж/(кг·К)
Теплопроводность жидкости: λ=0,14 Вт/(м·К)
Коэффициент объёмного расширения принимаем приближённо: β=0,0007 К-1
Ответ количество теплоты за сутки 523,2 МДж.
Скачать решение задачи 6.11 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.12 (Авчухов) В теплообменнике вода движется по трубам диаметром 40х2,5 мм со скоростью 1 м/с и нагревается от 15 до 85 °С. Труба имеет температуру 95 °С на поверхности. Найти коэффициент теплоотдачи расчетным способом и по номограмме.
Дано:
Труба 40×2,5 мм.
Внутренний диаметр: dв =40-2⋅2,5=35 мм=0,035 м .
Скорость потока: w=1 м/с .
Вода нагревается от 15до 85°C.
Средняя температура жидкости: tж =(15+85)/2=50°C.
Температура стенки: tст =95°C.
Ответ: коэффициент теплоотдачи:
- расчётный: α=5438 Вт/(м2⋅К);
- по номограмме: α=5460 Вт/(м2⋅К).
Скачать решение задачи 6.12 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.13 (Авчухов) В трубу водоподогревателя с температурой стенки 250°С вода входит с t1=160°С и выходит с t2=240 °С. Режим течения воды турбулентный, скорость 1 м/с. Тепловая нагрузка поверхности нагрева трубы 3,7·105 Вт/м2. Найти внутренний диаметр и длину трубы.
Дано
Температура стенки: tст =250°C
Температура воды на входе: t1=160°C
Температура воды на выходе: t2=240°C
Скорость движения воды: w=1 м/с
Тепловая нагрузка: q=3,7·105 Вт/м2
Коэффициент теплоотдачи определяется из уравнения: q=αΔt
Ответ: внутренний диаметр трубы: 0,021 м
Длина трубы: 4,43м
Скачать решение задачи 6.13 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.14 (Авчухов) Трубка конденсатора диаметром 27x1 мм и длиной 2,08 м имеет на стенке температуру 40°С. В нее входит вода с температурой 17°С и нагревается до 23°С. Найти среднюю скорость движения воды и линейную плотность теплового потока, считая режим течения турбулентным.
Дано
Наружный диаметр трубы: dн =27 мм
Толщина стенки: δ=1 мм
Внутренний диаметр: dв =dн -2δ
dв =27-2·1=25 мм
Ответ: средняя скорость движения воды: 1,9 м/с, линейная плотность теплового потока: 11,2 кВт/м
Скачать решение задачи 6.14 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.16 (Авчухов) Вода с начальной температурой 90 °С входит в горизонтальную трубу диаметром 20x1 мм и охлаждается. Стенка трубы имеет среднюю температуру 15°С, расход воды 273 кг/ч. Найти длину трубы, на выходе из которой вода будет иметь температуру 30 °С. Как изменится эта длина, если воду заменить воздухом, а остальные условия оставить без изменений?
Дано
Труба размером 20×1 мм: dн =20 мм, δ=1 мм
Внутренний диаметр трубы: dв =dн -2δ=20-2·1=18 мм
Температура воды на входе: t1=90°C
Температура воды на выходе: t2=30°C
Температура стенки: tст =15°C
Массовый расход: G=273 кг/ч
Требуется определить длину трубы для охлаждения воды, а затем воздуха, от 90°C до 30°C.
Ответ: длина трубы уменьшится с 5,4 м до 3,4 м (уменьшится примерно в 1,58 раза), так как при том же массовом расходе скорость воздуха огромна, что приводит к росту числа Рейнольдса и, соответственно, коэффициента теплоотдачи, хотя сам коэффициент теплопроводности воздуха на порядок ниже, чем у воды.
Скачать решение задачи 6.16 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.17 (Авчухов) Воздух с расходом 5 кг/с при средней температуре 300 °С проходит по каналу длиной 10 м и сечением 800х400 мм. Найти средний коэффициент теплоотдачи и тепловой поток, если средняя температура стенки канала 150°С.
Дано:
Расход воздуха: G=5 кг/с.
Средняя температура воздуха: tж =300°C.
Длина канала: l=10 м.
Сечение канала: a×b=800×400 мм=0,8×0,4 м .
Средняя температура стенки: tст =150°C.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи: 39,6 Вт/(м2⋅К)
Тепловой поток: 142,5 кВт
Скачать решение задачи 6.17 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.18 (Авчухов) Тепловыделяющий элемент ядерного реактора имеет наружный диаметр 25 мм. Твэл находится в трубе внутренним диаметром 31 мм. В кольцевом зазоре движется охлаждающая вода со скоростью 2 м/с и средней температурой 270 °С. Найти средний коэффициент теплоотдачи и мощность внутренних источников теплоты qv, Вт/м3, твэла, если температура его поверхности 305 °С.
Дано:
Наружный диаметр твэла: dн =25 мм=0,025 м .
Внутренний диаметр трубы: Dв =31 мм=0,031 м .
Скорость воды: w=2 м/с.
Средняя температура воды: tж =270°C.
Температура поверхности твэла: tст =305°C.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи: α=15,1 кВт/(м2⋅К).
мощность внутренних источников теплоты: 84,7 МВт/м3.
Скачать решение задачи 6.18 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.19 (Авчухов) Обмотка электрогенератора выполнена в виде медной шины сечением 20х10 мм и длиной 1 м. При прохождении тока в шине мощность внутренних источников теплоты qv = 106 Вт/м3. Внутри шины имеется канал прямоугольного сечения 10х5 мм, по которому движется охлаждающий воздух со скоростью 50 м/с. Температура воздуха на входе в канал 40 °С, давление 3·105 Па. Рассчитать коэффициент теплоотдачи от шины к воздуху в канале и среднюю температуру стенки канала, считая, что вся теплота от шины отводится воздухом.
Дано
Сечение шины: a×b=20×10 мм=0,02×0,01 м
Длина шины: L=1 м
Объёмная мощность внутренних источников теплоты: qv=106 Вт/м3
Размеры воздушного канала: aкан ×bкан =10×5 мм=0,01×0,005 м
Скорость воздуха: w=50 м/с
Температура воздуха на входе: t1=40°C
Давление воздуха: p=3·105 Па
Газовая постоянная воздуха: R=287 Дж/(кг·К)
Ответ Коэффициент теплоотдачи 198,9 Вт/(м2·К), средняя температура стенки: 74,1 ºС
Скачать решение задачи 6.19 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.20 (Авчухов) В электронной аппаратуре используется змеевиковый трубчатый охладитель из 4,8 витков диаметром 300 мм, внутренний диаметр трубки 24 мм. По трубке движется охлаждающая вода со скоростью 0,3 м/с. Рассчитать температуру воды на выходе из змеевика, если на входе она имеет температуру 5 °С, а средняя температура стенки змеевика 80 °С.
Дано:
Змеевиковый трубчатый охладитель: 4,8 витка.
Диаметр витка: D=300 мм=0,3 м .
Внутренний диаметр трубки: dв =24 мм=0,024 м .
Скорость воды в трубке: w=0,3 м/с .
Температура воды на входе: tвх =5°C.
Средняя температура стенки змеевика: tст =80°C.
Ответ: температура воды на выходе из змеевика равна 58,1 °C.
Скачать решение задачи 6.20 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.21 (Авчухов) Трансформаторное масло должно быть охлаждено от 100 до 40 °С в спиральном охладителе с радиусом витка 200 мм. Труба охладителя имеет среднюю температуру на внутренней стенке 50 °С и при диаметре 46х3 мм пропускает 1,2 т масла в час. Определить необходимую длину спирали и количество витков.
Дано:
Трансформаторное масло:
Начальная температура: t1=100°C.
Конечная температура: t2=40°C.
Расход масла: G=1,2 т/ч=1200 кг/ч=0,3333 кг/с.
Труба:
Наружный диаметр: 46 мм .
Толщина стенки: 3 мм.
Внутренний диаметр: dв =46-2⋅3=40 мм=0,04 м.
Геометрия змеевика:
Средний радиус витка: R=200 мм .
Диаметр изгиба: D=2⋅R=400 мм=0,4 м.
Средняя температура внутренней стенки: tст =50°C.
Ответ: необходимая длина спирали: 88,3м, количество витков: 70,5 шт.
Скачать решение задачи 6.21 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.22 (Авчухов) Пучок твэлов ядерного реактора продольно омывается охлаждающей водой со скоростью 3 м/с при средней температуре 200 °С. Наружный диаметр твэла 10 мм, элементы расположены в коридорном порядке по квадратной разбивке со стороной квадрата s=14 мм. Найти средний коэффициент теплоотдачи и среднюю температуру на поверхности элемента, если мощность внутренних источников теплоты для него равна 44·107 Вт/м3.
Дано
Скорость воды: w=3 м/с
Средняя температура воды: tж =200°C
Наружный диаметр твэла: dн =10 мм=0,01 м
Шаг квадратной решётки: s=14 мм=0,014 м
Мощность внутренних источников теплоты: qv=44·107 Вт/м3
Расположение труб - коридорное (квадратное).
Ответ средний коэффициент теплоотдачи 25,95 кВт/(м2·К), средняя температура поверхности 242,4ºС
Скачать решение задачи 6.22 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.23 (Авчухов) Трубы с наружным диаметром 30 мм и длиной 5 м расположены в пучке с разбивкой по вершинам равностороннего треугольника со стороной 60 мм. Снаружи трубы омываются воздухом, нагретым до 800 °С и движущимся вдоль труб со скоростью 20 м/с. Найти средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности труб.
Дано:
Наружный диаметр труб: dн =30 мм=0,03 м .
Длина труб: L=5 м (не используется в расчёте, так как рассматривается продольное обтекание).
Шаг пучка (расположение по равностороннему треугольнику): s=60 мм=0,06 м.
Температура воздуха: tж =800°C.
Скорость воздуха: w=20 м/с.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности труб: 35 Вт/(м2⋅К)
Скачать решение задачи 6.23 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.24 (Авчухов) В кожухотрубном теплообменнике 318 труб расположены в шахматном порядке и снаружи продольно омываются маслом МК со средней температурой 80 °С. Расход масла 205 м3/ч. В межтрубном пространстве теплообменника расположены перегородки сегментного типа на расстоянии 0,4 м друг от друга. Диаметр труб 20х1 мм, расстояние между центрами соседних труб 32 мм. Найти коэффициент теплоотдачи от масла к трубам.
Дано:
Температура масла: tж =80°C.
Расход масла: V=205 м3/ч=205/3600=0,05694 м3/с.
Число труб: n=318.
Наружный диаметр труб: dн =20 мм=0,02 м (труба 20×1 мм).
Шаг труб (шахматное расположение): s=32 мм=0,032 м.
Расстояние между перегородками: h=0,4 м .
Тип перегородок: сегментные.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи от масла к трубам: α=432,2 Вт/(м2⋅К)
Скачать решение задачи 6.24 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.25 (Авчухов) Цилиндрическая электрошина диаметром 16 мм и длиной 0,4 м охлаждается поперечным потоком сухого воздуха с температурой 20 °С и скоростью 2 м/с. Найти тепловой поток, отдаваемый шиной с поверхности, и допустимую силу тока в ней при условии, что на ее поверхности температура не должна превышать 90 °С; удельное электрическое сопротивление равно 0,46·10-6 Ом·м. Как изменится коэффициент теплоотдачи и сила тока, если: 1) диаметр шины уменьшить в 2 раза; 2) скорость воздуха увеличить в 3 раза; 3) вместо воздуха использовать трансформаторное масло?
Дано: d=0,016 м, L=0,4 м , tж =20° C, w=2 м/с, tс =90°C, ρэл =0,46·10-6 Ω·м
Ответ: основной случай (воздух, d=16 мм, w=2 м/с): Q = 51,8 Вт, I = 237А
1) d1=8 мм: α увеличится в 1,32 раза, I уменьшиться в 2,46,
2) w2=6 м/с: α увеличится в 1,93 раза, I увеличится в 1,39,
3) Воздух заменён на трансформаторное масло (как в расчёте): α увеличится в 48,83 раза, I увеличится в 6,68.
Скачать решение задачи 6.25 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.26-27 (Авчухов) Воздушный поток со скоростью 1 м/с и температурой 10°С обдувает электропровод диаметром 5 мм под углом атаки 60°. Найти коэффициент теплоотдачи и силу тока в проводе, если удельное электросопротивление провода 0,15·10-6 Ом·м, а температура на поверхности 90°С.
6.27 Используя условие задачи 6.26, определить, как изменяется коэффициент теплоотдачи и сила тока, если: 1) увеличить скорость воздуха в 4 раза, 2) увеличить диаметр провода в 4 раза, 3) увеличить давление воздуха в 6 раз.
Дано:
Диаметр провода: d=5 мм=0,005 м .
Скорость воздуха: w=1 м/с .
Температура воздуха: tж =10°C.
Температура поверхности провода: tс =90°C.
Угол атаки: φ=60°.
Удельное электрическое сопротивление материала провода: ρэл =0,15⋅10-6 Ом⋅м .
Ответ 6.26: коэффициент теплоотдачи равен 39 Вт/(м2⋅К).
Допустимая сила тока в проводе составляет 80 А (на метр длины провода).
Ответ 6.27: скорость ×4: α⁄α0 =2,07, I/I0 =1,44
Диаметр ×4: α⁄α0 =0,51, I⁄I0 =5,74
Давление ×6: α⁄α0 =2,62, I⁄I0 =1,62
Скачать решение задачи 6.26+27 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.28 (Авчухов) Определить, какую температуру необходимо поддерживать на поверхности трубы с наружным диаметром 25 мм, чтобы плотность теплового потока была 79,56 кВт/м2. Труба охлаждается поперечным потоком трансформаторного масла с температурой 20°С и скоростью 1 м/с под углом атаки 50°. Каков при этом будет коэффициент теплоотдачи?
Дано:
Наружный диаметр трубы: d=25 мм=0,025 м .
Температура трансформаторного масла: tж =20°C.
Скорость потока: w=1 м/с .
Угол атаки: φ=50°.
Плотность теплового потока: q=79,56 кВт/м2=79 560 Вт/м2.
Ответ: температура поверхности трубы должна поддерживаться на уровне 110ºС, коэффициент теплоотдачи при этом составляет 868,6 Вт/(м2⋅К)
Скачать решение задачи 6.28 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.29 (Авчухов) Вычислить коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху для двух случаев: 1) воздух движется в длинной трубе внутренним диаметром 40 мм; 2) воздух омывает трубу снаружи в поперечном направлении, внешний диаметр трубы 40 мм. Для обоих случаев температура воздуха 60 °С, скорости воздуха принять 5, 12, 20 и 28 м/с. Построить график зависимостей a=f(ω) для продольного и поперечного потоков воздуха.
Дано
Температура воздуха: tж =60° C.
Внутренний и наружный диаметры трубы:
dвн =40 мм=0,04 м,
dнар =40 мм=0,04 м.
Скорости воздуха: w=5; 12; 20; 28 м/с.
Свойства сухого воздуха при tж =60°C:
λ=2,90·10-2=0,029 Вт/(м·К),
ν=18,97·10-6 м2⁄с ,
Pr=0,696.
|
Скорость w, м/с |
Re |
при продольном потоке, Вт/(м²·К) |
при поперечном потоке, Вт/(м²·К) |
|
5 |
10543 |
21,55 |
42,88 |
|
12 |
25300 |
43,38 |
72,25 |
|
20 |
42170 |
65,42 |
98,30 |
|
28 |
59040 |
85,83 |
120,73 |
Скачать решение задачи 6.29 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.30 (Авчухов) Даны два теплообменника для нагрева воздуха. В первом теплообменнике воздух проходит по трубам (l/d>50), а греющий пар - снаружи труб. Во втором, наоборот, пар движется в трубах, а воздух снаружи омывает трубы в поперечном направлении. В обоих случаях принять скорость воздуха 12 м/с, среднюю температуру нагретого воздуха 60 °С, коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам 8000 Вт/(м2·К). Трубы - из латуни диаметром 26х3 мм, расположение труб шахматное, соотношение шагов s1 = 2,1s2. Найти линейные коэффициенты теплопередачи для обоих вариантов теплообменника.
Дано
Труба латунная: 26×3 мм ⟹ dн =0,026 м, dв =0,020 м
Скорость воздуха: w=12 м/с
(в обоих случаях).
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке: αпар =8000Вт/(м2·К)
Теплопроводность латуни табл. 1: λст =93 Вт/(м·К)
Ответ вариант 1 (воздух внутри труб, пар снаружи): 1 Вт/(м·К)
вариант 2 (пар в трубах, воздух снаружи): 3,38 Вт/(м·К)
Скачать решение задачи 6.30 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.31-32 (Авчухов) 6.31 Найти средний коэффициент теплоотдачи в охладителе воздуха при поперечном обтекании пучка из восьми рядов труб с шахматным расположением. Наружный диаметр труб 16 мм, скорость воздуха в узком сечении пучка 15 м/с, средняя температура воздуха 160 °С. Принять размеры шагов труб s1=38 мм , s2=21 мм.
6.32 По условию задачи 6.31 найти средний коэффициент тепло¬ отдачи, если пучок будет с коридорным расположением труб.
Дано
Наружный диаметр труб: d=16 мм=0,016 м
Скорость воздуха в узком сечении: w=15 м/с
Средняя температура воздуха: t=160°C
Шаги труб: s1=38 мм=0,038 м, s2=21 мм=0,021 м
Число рядов труб в пучке: z=8
Ответ 6.31 (шахматный пучок, z=8): 171 Вт/(м2·К).
6.32 (коридорный пучок, z=8): 152,5 Вт/(м2·К).
Скачать решение задачи 6.31+32 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.33 (Авчухов) Определить средний коэффициент теплоотдачи для шахматного пучка, если в задаче 6.31 вместо воздуха трубы будет омывать вода со скоростью в узком сечении 1 м/с, а температура поверхности труб 40°С.
Дано
Наружный диаметр труб: d=16 мм=0,016 м
Скорость воздуха в узком сечении: w=15 м/с
Средняя температура воздуха: t=160°C
Шаги труб: s1=38 мм=0,038 м, s2=21 мм=0,021 м
Число рядов труб в пучке: z=8
Решение
Свойства воды при 160°C табл. 3
Теплопроводность: λ=0,683 Вт/(м·К)
Кинематическая вязкость: ν=0,191·10^(-6) м2⁄с
Число Прандтля: Prж =1,1
Число Прандтля: Prс =4,31
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи для шахматного пучка труб при поперечном обтекании водой: 10904Вт/(м2·К).
Скачать решение задачи 6.33 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.34 (Авчухов) Пучок труб поперечно обтекается горячим воздухом со скоростью ω в узком сечении и средней температурой tВ. Трубы наружным диаметром d обтекаются под углом атаки φ. Шаги труб: s1=k1d и s2=k2d. Определить средний коэффициент теплоотдачи пучка, если число рядов труб в пучке z. Данные для решения задачи взять из таблицы.
Вариант 1ж тип пучка шахматный, d = 60мм, z = 15, φ=70º, w = 15м/с, tВ = 200ºС, k1 = 1,4, k2 = 1,3
Дано
Тип пучка: шахматный
Наружный диаметр трубы: d=60 мм=0,06 м
Число рядов труб: z=15
Угол атаки: φ=70°
Скорость потока в узком сечении: w=15 м/с
Средняя температура воздуха: tв =200°C
Относительный поперечный шаг: ψ1=s1/d=1,4
Относительный продольный шаг: ψ2=s2/d=1,3
Ответ αпуч =56,2Вт/(м2·К)
Скачать решение задачи 6.34 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.35 (Авчухов) Определить коэффициент теплоотдачи для 16-рядного шахматного пучка труб с круглыми латунными ребрами (см. рис. 6.7) толщиной δ = 2 мм, высотой h=25 мм и шагом ребер 15 мм. Пучок омывается в поперечном направлении воздухом, который нагревается от 20 до 120°С, скорость в узком сечении пучка 10 м/с. Трубы диаметром 38x2 мм расположены в пучке с шагами s1=126 мм, s2=130 мм. Средняя температура поверхности нагрева 130 °С.
Труба с круглыми ребрами
Дано:
Тип пучка: шахматный.
Трубы: 38×2 мм (наружный диаметр d2=38 мм=0,038 м;
внутренний диаметр d1=34 мм=0,034 м).
Материал рёбер: латунь, теплопроводность λ=93 Вт/(м⋅К).
Толщина ребра: δ=2 мм=0,002 м .
Высота ребра: h=25 мм=0,025 м .
Шаг рёбер: b=15 мм=0,015 м .
Поперечный шаг труб: s1=126 мм=0,126 м .
Продольный шаг труб: s2=130 мм=0,130 м .
Скорость в узком сечении: wу =10 м/с .
Температура воздуха на входе: t1=20°C.
Температура воздуха на выходе: t2=120°C.
Температура поверхности: tс =130°C.
Число рядов: z=16.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи для шахматного пучка оребрённых труб составляет 105 Вт/(м2⋅К).
Скачать решение задачи 6.35 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.36 (Авчухов) Воздухоохладитель в виде пучка труб с коридорным расположением обдувается поперечным потоком воздуха с средней температурой 50 °С. Расход воздуха 9000 м3/ч. Трубы изготовлены из алюминия, диаметр их 26х1,5 мм, длина 0,4 м, они расположены с шагами s1 = s2=62 мм. На поверхности труб имеются круглые ребра диаметром 52 мм, толщиной 2 мм и шагом 6,5 мм. Внутри труб протекает жидкость со средней температурой 10°С, коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости 820 Вт/(м2·К). Определить коэффи-циент теплопередачи и тепловой поток, передаваемый через ребристые стенки от воздуха к жидкости, если фронтальное сечение теплообменника 0,69 м2, а количество труб - 250 шт.
Дано
Тип пучка: коридорный
Трубы: алюминиевые
Наружный диаметр трубы: d2=26 мм=0,026 м
Внутренний диаметр трубы: d1=d2-2·1,5=23 мм=0,023 м
Толщина стенки: δc=1,5 мм=0,0015 м
Длина трубы: l=0,4 м
Шаги труб: s1=s2=62 мм=0,062 м
Ребра: круглые
Диаметр ребер: Dp=52 мм=0,052 м
Толщина ребер: δ=2 мм=0,002 м
Шаг ребер: b=6,5 мм=0,0065 м
Материал ребер: алюминий, теплопроводность: λp=204 Вт/(м·К)
Средняя температура воздуха: tж =50°C
Расход воздуха: V=9000м3/ч =2,5м3⁄с
Фронтальное сечение: fфр =0,69 м2
Количество труб: N=250 шт
Внутри труб: жидкость tж1 =10° C, α1=820Вт/(м2·К)
Ответ: k =41,4Вт/(м2·К) , Q=174,3 кВт
Скачать решение задачи 6.36 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 6.37 (Авчухов) В круглых каналах атомного реактора с внутренним диаметром 10 мм протекает жидкий металл со средней скоростью 5 м/с. Средняя температура потока металла 500 °С. Найти средний коэффициент теплоотдачи, если металл: а) висмут, б) эвтектический сплав 25% Na+75% К.
Дано:
Внутренний диаметр канала: d=10 мм=0,01 м .
Скорость потока: w=5 м/с .
Средняя температура потока: tж =500°C.
Ответ: а) Для висмута средний коэффициент теплоотдачи: 41,7 кВт/(м2⋅К). б) Для эвтектического сплава 25% Na+75% K средний коэффициент теплоотдачи: 36 кВт/(м2⋅К).
Скачать решение задачи 6.37 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.38 (Авчухов) По трубе диаметром 16х2 мм и длиной 1000 мм движется ртуть со скоростью 4 м/с при средней температуре 150 °С. Найти коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от ртути к стенке трубы, имеющей среднюю температуру 80 °С.
Дано:
Внутренний диаметр канала: d=16-2*2=12 мм=0,012 м .
Скорость потока: w=4 м/с.
Средняя температура потока: tж =150°C.
Ответ: коэффициент теплоотдачи 33,4 кВт /(м2⋅К), полный тепловой поток: 88,2 кВт
Скачать решение задачи 6.38 (Авчухов) (цена 100р)
Задача 6.39 (Авчухов) В установке по трубе диаметром 18х3 мм протекает олово, имеющее среднюю температуру 400 °С. Длина трубы 4 м, массовый расход олова 97,2 кг/ч. Найти коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от олова к стенке, если на стенке температура 250°С.
Дано:
Наружный диаметр трубы: dн =18 мм .
Толщина стенки: δ=3 мм .
Внутренний диаметр: dв =18-2⋅3=12 мм=0,012 м.
Длина трубы: L=4 м .
Массовый расход олова: G=97,2 кг/ч=97,2/3600=0,027 кг/с.
Средняя температура олова: tж =400°C.
Температура стенки: tс =250°C.
Ответ: коэффициент теплоотдачи: 12 кВт/(м2⋅К), полный тепловой поток: 272 кВт.
Скачать решение задачи 6.39 (Авчухов) (цена 100р)
