3.2.2. Свободное движение в неограниченном пространстве

Теплоотдача вдоль вертикальной поверхности (цилиндрической или плоской):

при ламинарном режиме R_а< 10⁹;

при турбулентном режиме при R_а > 10⁹ .

За определяющий размер принята высота поверхности теплообмена, за определяющую температуру – температура жидкости.

Задача 3

Внутри вертикально расположенной трубы длиной L, наружным диаметромDи внутренним диаметромdпротекает теплоноситель (вода) со средней температуройT₁и массовым расходомG.

Определить конвективный тепловой поток при свободной конвекции от наружной поверхности трубы в окружающую среду (воздух), температура которой равна T₂. Представить график распределения температуры. Теплопроводность материала трубы принять постоянной. Плотность воды принятьρ₁=1000 кг/м³

Исходные данные выбираются по таблицам 3.1 - 3.3.

Теплофизические свойства воды представлены в табл. 3.4, воздуха – в табл. 3.5.

Таблица 3.1

Параметры	Третья цифра зачетной книжки
	1	2
Материал трубы	Сталь	Медь
Теплопроводность материала трубы λс, Вт/(м·К)	45	390

Таблица 3.2

Параметры	Четвертая цифра зачетной книжки
	0	1	2
Расход теплоносителя G, кг/с	1.5	2	2.5

Таблица 3.3

Параметры	Последняя цифра зачетной книжки
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
L, мм	1000	1200	1600	1800	2000	1100	1300	1500	1700	1900
d, мм	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38
D, мм	24	26	28	30	32	36	38	40	42	44
T1, 0С	90	95	100	105	110	115	120	125	130	135
T2, 0С	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60

Таблица 3.4

T1, 0С	90	100	110	120	130	140
λ1, Вт/(м·К)	0.68	0.683	0.685	0.686	0.686	0.685
μ1 ·105, Па с	31.5	28.2	25.9	23.7	21.8	20.1
Pr1	1.95	1.75	1.6	1.47	1.36	1.26

Таблица 3.5

T2, 0С	10	20	30	40	50	60
λ2, ·102 Вт/(м·К)	2.512	2.593	2.675	2.756	2.826	2.896
μ2 ·105, Па с	1.77	1.81	1.86	1.91	1.96	2.01
Pr2	0.705	0.703	0.701	0.699	0.698	0.696

Указание: Температуру внутренней и наружной стенки трубы в первом приближении задать T_c=0.5(Т₁+Т₂).