Osnovy_gidravliki_i_teplotekhniki

163

теплоотдачи α2 в вашем варианте задачи, чтобы уменьшить температуру стенки t1 в два раза? Покажите это на графике t = f(R). Как при этом изменится тепловой поток q?

Указание. При решении вопроса 2 можно считать стенку плоской.

Исходные данные: tв=15°С; Рв=0,1 МПа; d1=200 мм=0,2 м; δ=8

мм=0,008 м; λст=20 Вт/(м·К); tr=650°С; α1=50 Вт/(м2·К); t1 =3 00°С.

Определить: величину wв.

Решение

4.Определяем величину критерия Нуссельта для потока

5. Для расчѐта теплоотдачи при турбулентном вынужденном

6. Находим скорость воздуха в трубе из уравнения:

7. Считая стенку плоской, определим частные термические сопротивления процесса теплопередачи:

– сопротивление теплоотдачи от газов к стенке по формуле равно:

– термическое сопротивление стенки по формуле:

– сопротивление теплоотдачи от стенки к нагреваемому воздуху:

8. Построим график зависимости температуры t от частных термических сопротивлений (рис. 7.10).

Для этого по оси абсцисс отложим в выбранном масштабе величины частных термических сопротивлений R1, R2 и R3, а по оси ординат – значения температур теплоносителей.

В результате получим линию ABC – эпюру температур в процессе теплопередачи от газов к воздуху при t1 = 300°С.

9. Ответим на вопросы задания:

а) Какое из частных термических сопротивлений (R1, R2, R3) имеет

Рис. 7.10. Эпюра температур функции t=f(R) при

теплопередаче через стенку

Из сравнения этих величин видим, что наибольшие значения имеют R1=0,02(м2 ·К)/Вт и R3=0,015(м2 ·К)/Вт, поэтому они и вносят решающий вклад в величину К.

Термическое же сопротивление стенки R2 меньше по величине примерно в 40-50 раз, поэтому практически не влияет на коэффициент теплопередачи.

б) Во сколько раз нужно изменить коэффициент теплоотдачи α2, чтобы уменьшить температуру стенки t1 в 2 раза?

Проведѐм линию АМ и построим точку F на пересечении с осью абсцисс.

Отрезок ЕF нам даѐт в масштабе величину R3΄=0,005(м2 ·К)/Вт. Отсюда требуемый коэффициент теплоотдачи будет равен:

1 200 Вт / (м2 К ),

т.е. коэффициент теплоотдачи 1' нужно увеличить в 200/66≈3 раза.

Линейная плотность теплового потока в этом случае должна быть: q΄l= α΄2 · π ·d1 (t΄1 – tв) = 200 · 3,14 · 0,2(150 – 15) = 16960 Вт/м.

Задача 7.3 Определить удельный лучистый тепловой поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры t1 и t2 и степени черноты ε1 и ε2, если между ними нет экрана. Определить qпри наличии экрана со степенью черноты εэ (с обеих сторон).

Ответить на вопросы:

во сколько раз уменьшится тепловой поток, если принять в вашем варианте задачи εэ = ε1 по сравнению с потоком без экрана?

для случая ε2 = ε1 определите, какой экран из таблицы даст наихудший эффект и какой - наилучший.

Исходные данные:t1=200°С; t2=30°С; ε1=0,52; ε2=0,72; εэ=0,02.

Определить: величины qо и qэ.

Приведенный коэффициент излучения системы тел равен:

здесь Со=5,67 Вт/(м2·К4) – коэффициент излучения абсолютно чѐрного тела.

2. Находим лучистый тепловой поток между поверхностями qэ при установке полированного экрана со степенью черноты εэ=0,02 с обеих

166

сторон экрана.

Предварительно определим приведенный коэффициент излучения поверхностей и экрана:

3. Рассчитываем лучистый поток между поверхностями при установке полированного экрана по формуле (20.25):

Отсюда следует, что установка одного полированного экрана уменьшает теплообмен излучения примерно в 45,5 раза и составляет 2,2% от величины теплообмена излучением без экрана.

4. Определим лучистый поток между пластинами при установке шероховатого экрана со степенью черноты εэ=ε1.

Приведенный коэффициент излучения пластины и экрана равен:

Таким образом лучистый поток между пластинами при применении шероховатого экрана уменьшается в 2,5 раза.

Задача 7.4 Определить поверхность нагрева водовоздушного рекуперативного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях Vн, средний коэффициент теплопередачи от воздуха к воде K, начальные и конечные температуры воздуха и воды равны, t'1, t''1, t'2, и t''2 соответственно. Определить также расход воды G через теплообменник.

Указание. Среднюю объѐмную изобарную теплоѐмкость воздуха принять равной C΄pm=1,32 КДж/(м3·К).

Исходные данные: Vн·=500 м3/ч; К=21 Вт/(м2·К); t΄1=500°С; t΄΄1=250°С; t΄2=10°С; t΄΄2=90°С.

Определить: величиныF и Gв.

Решение

Расчѐт ведѐм для двух схем движения теплоносителя: прямоточной и противоточной.

167

I.Прямоток

1.Определяем объѐмный расход греющего воздуха:

Vн 50 103 м3 / ч 3600500 0,139 м3 / с.

2. Находим количество тепла, передаваемого в теплообменнике от горячего воздуха к нагреваемой воде:

3. Определяем среднелогарифмический температурный напор:

4. Поверхность нагрева теплообменного аппарата равна:

5. Расход охлаждающей воды равен:

II. Противоток

1. Среднелогарифмический температурный напор равен:

Требуемая поверхность нагрева теплообменного аппарата равна:

F 45.87 103 6,87 м2 . 21 318

7.7.Контрольные задания к разделу

7.1Плоскую поверхность с температурой t1 необходимо изолировать так, чтобы потери теплоты не превышали значения теплового потока

равногоq, при температуре на внешней поверхности изоляции t2. Найти толщину слоя изоляции, если его коэффициент теплопроводности равен λ..

168

7.2. Оконная рама состоит из двух слоев стекла толщиной по X мм каждый. Между стеклами находится слой сухого неподвижного воздуха толщиной Y мм со средней температурой tв. Площадь поверхности окна F м2. Определить потерю теплоты теплопроводностью через окно, если разность температур равна ∆t.

7.3 Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменника при прямоточном и противоточном движении теплоносителей. Теплоносителем является газ начальной температурой t1 и конечной t2. Необходимо нагреть некоторый объем воздуха при нормальных физических условиях G от t3 до t4. Принять коэффициент теплопередачи 20 Вт/(м2К), теплоемкость воздуха постоянной.

Контрольные тесты по дисциплине

1.Чему равняется плотность воды в системе СИ?

a)1000 кг/м3

b)1 г/см3

c)1000 кг/см3

d)1 м3/с

e)105 Н/м2

2.На какой глубине под свободной поверхностью воды находится

сечение трубопровода, если манометр показывает гидростатическое давление (г.с.д.) 1,2 кгс/см2 (жидкость не движется).

a)1,2 м.

b)0,2 м.

c)0,12 м.

d)12 м.

e)0,8 м.

3.Чему по закону Архимеда равняется выталкивающая сила,

169

действующая на тело, погруженное в жидкость?

a)Объему вытесненной им жидкости.

b)Объѐму тела.

c)Весу вытесненной им жидкостью.

d)Весу погружѐнной части тела.

e)Весу тела.

4.Как изменится сила г.с.д. на дно цилиндрического резервуара,

если его диаметр уменьшится в 2 раза, а высоту увеличить в 2 раза? Резервуар заполняется на весь объѐм?

a)Не изменится.

b)Увеличится в 2 раза.

c)Уменьшится в 4 раза.

d)Уменьшится в 2 раза.

e)Увеличится в 4 раза.

5.Как направлена сила г.с.д. к площадке действия?

a)Под углом 600

b)Вертикально вверх

c)Перпендикулярно

d)Вертикально вниз

e)Слева на право

6. Как называется величина, характеризующая количество жидкости, проходящее через сечение в единицу времени?

a)Скорость

b)Гидравлический радиус

c)Коэффициент Шези

d)Расход

e)Расходная характеристика

7. Какова единица измерения расхода в системе СИ?

a)м/с

b)м2/с

c)Н/с2

d)м/с2

e)м3/с

8. Как изменится энергия на участке подъѐма трубопровода постоянного диаметра?

a)Полная энергия увеличится

b)Кинетическая энергия уменьшается

c)Потенциальная энергия давления уменьшается

d)Потенциальная энергия давления увеличивается

e)Кинетическая энергия увеличится

170

9.Что такое насадок?

a)Длинная трубка, присоединенная к отверстию

b)Короткий патрубок длиной от 3,5 до 7,0 диаметров, присоединенный к малому отверстию

c)Короткая трубка длиной до 7 см

d)Короткая труба типа сифон

e)Любая трубка, присоединенная к малому отверстию

10.Какое движение считается равномерным?

a)Движение, параметры которого постоянны во времени

b)Движение, при котором расход постоянный

c)Если форма поперечного сечения постоянна по длине потока

d)Движение с постоянной скоростью по длине потока

e)Движение в одном направлении

11.Какую величину даѐт произведение плотности и ускорения свободного падения (pg)?

a)Удельный вес

b)Коэффициент объѐмного сжатия

c)Динамический коэффициент вязкости

d)Гидростатическое давление

12.Какое давление показывает манометр?

a)Атмосферное

b)Избыточное

c)Абсолютное

d)Весовое

e)Поверхностное

13.Какой вид имеет эпюра полного гидростатического давления на

плоскую вертикальную стенку?

a)Треугольника.

b)Квадрата.

c)Трапеции.

d)Прямоугольника.

e)Круга.

14.Какое движение считается установившемся?

a)В трубе постоянного диаметра.

b)При котором давление и скорость в любом сечении постоянны во времени.

c)При котором давление и скорость постоянны по длине потока.

d)Которое установилось бы в открытом русле.

171

e)Которое установилось при истечении через насадок.

15.Для чего нужно знать режим движения жидкости (число Re)?

a)Для определения расхода.

b)Для определения скорости.

c)Для определения путевых потерь напора.

d)Для определения коэффициента вязкости.

e)Для определения напора.

16.Какое отверстие считается малым?

a)Если расход через отверстие не превышает 1м3/с.

b)Если диаметр отверстия не больше 0,1 толщины стенки.

c)Если диаметр отверстия не больше 0,1 Н.

d)Если напор под отверстием больше 10 м.

e)Если площадь отверстия не больше 0,1 м2

17.Какой поток считается напорным?

a)Поток со всех сторон ограниченный твѐрдыми стенками.

b)Поток со свободной поверхностью.

c)Поток жидкости, движущейся с постоянной скоростью.

d)Поток, проходящий через водопропускную трубу.

e)Поток ограниченной длины

18.Как изменится скорость в трубе постоянного диаметра, если

трубопровод по длине то поднимается вверх, то опускается вниз?

a)Скорость уменьшается.

b)Скорость не изменится.

c)Скорость увеличится.

d)Сначала скорость уменьшится, а затем увеличится.

e)Сначала скорость увеличится, а затем уменьшится.

19.Какой объѐм занимает вода массой m=5кг?

a)5 м3

b)0,5 м3

c)5∙10-3 м3

d)50 см3

e)500 см3

20.Какова единица измерения г.с.д. в системе СИ?

a)кг/м3

b)кгс/см2

c)Н/м2

d)м/с2

e)Н/м3

21.Как изменится вес погружѐнного в воду тела, если его поместить в бензин?

a)Уменьшится.

172

b)Увеличится.

c)Не изменится.

d)Уменьшится в 2 раза.

e)Увеличится в 2 раза.

22.Почему через любой насадок время истечения одного и того же

объѐма при прочих равных изначальных условиях меньше, чем через отверстие (вытекает быстрее)?

a)Потому что потери больше.

b)Потому что потери меньше.

c)Потому что в зоне сжатия возникает вакуум.

d)Потому что расход меньше.

e)Потому что длина насадка больше 3,5 см.

23.Чему равно избыточное г.с.д. в точке, находящейся в открытом

резервуаре с водой на глубине 1,5 м?

a)1,5 атм.

b)15 атм.

c)5 атм.

d)0,15 атм.

e)0,5 атм.

24. По какой формуле определяется расход при истечении жидкости через малое отверстие в тонкой стенке?

a)Q = ω∙С∙ R i о

b)Q = K∙ i о

c)Q = L∙(πd2/4)

d)Q = μ∙ω∙ 2gH

e)Q = ω∙W∙ i

25.Какая труба считается гидравлически гладкой?

a)Если диаметр больше шероховатости.

b)Если коэффициент шероховатости n < 0,002.

c)Если число Рейнольдса Re < 2320.

d)Если местные потери hw = 0.

e)Если толщина ламинарной плѐнки больше абсолютной шероховатости.

26.Как направлена сила г.с.д. на цилиндрическую поверхность (в

общем случае)?

a)Всегда горизонтально.

b)Всегда вертикально.