Galagan_teploteh (1)

9.Что такое сложный теплообмен и коэффициент теплоотдачи излучением?

10.Дайте определение рекуперативного, регенеративного и смесительного теплообменных аппаратов. Приведите примеры указанных теплообменников.

11.С какой целью применяется оребрение теплообменных поверхностей? С какой стороны целесообразно оребрить поверхность?

12.Какой будет относительная ошибка в определении среднего температурного напора в теплообменнике Δtcp, если при

tб 1,7

13.Приведите графики изменения температуры греющего и нагреваемого теплоносителей в прямоточном и противоточном рекуперативных теплообменниках при различных соотношениях между теплоемкостями массового расхода (водяными эквивалентами) теплоносителей.

14.Как определяется средний температурный напор для сложных схем движения теплоносителей?

15.В каком случае изменение температуры греющего теплоносителя в теплообменнике будет больше, чем нагреваемого, и в каком меньше?

16.Укажите преимущества и недостатки противоточной и прямоточной схем движения теплоносителей в теплообменниках.

17.На каких основных уравнениях базируется тепловой расчет теплообменных аппаратов?

18.В чем сущность проектного и поверочного тепловых расчетов? В чем сущность графоаналитического метода теплового расчета теплообменников?

19.Каковы задачи гидромеханического расчета теплообменных аппаратов?

20.Как подсчитать мощность, необходимую для перемещения теплоносителей в теплообменнике?

101

21.Чем отличается регенеративный теплообменник и рекуперативный? Приведите примеры того и другого теплообменника

22.В чем заключается опасность пленочного режима кипения

?

23.В чем особенности излучения и поглощения лучистой энергии газами?

24.Дайте определение рекуперативного, регенеративного и смесительного теплообменников.

25.В каком случае измерение температуры греющего теплоносителя в теплообменнике будет больше, чем нагреваемого, и в каком меньше?

26.Укажите преимущества и недостатки противоточной и прямоточной схем движения теплоносителей в теплообменниках.

27.На каких основных уравнениях базируется тепловой расчет теплообменных аппаратов? В чем сущность проектного и проверочного тепловых расчетов?

28. При каких условиях требуется применение оребрения в теплообменнике, а при каких не обязательно.

29.Пути повышения производительности теплообменников.

30.Пути понижения металлоемкости теплообменников.

Задачи контрольной работы №7 1. Длинный цилиндр диаметром 22 мм расположен гори-

зонтально и омывается свободным потоком воздуха. Средняя температура боковой поверхности цилиндра tст = 60°С, суммарные потери тепла на 1 пог. м конвекцией и излучением составляют qx = 37 Вт/м. Температура воздуха в невозмущенном слое tв = 20°С. Определить степень черноты поверхности цилиндра. Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией использовать критериальную формулу

0,25 Pr 0,25

Nuж 0,51 Gr Pr ж Prж

ст

102

2. Найти количество теплоты qr Вт/м, которое отдает излучением и конвекцией неизолированный горизонтальный паропровод диаметром d=0,3 м (в условиях свободного движения воздуха), температура поверхности которого tст = 550°С. Степень черноты поверхности =0,90, температура окружающего воздуха t0 = 27°С. Каков общий (суммарный) коэффициент теплоотдачи?

3.В конденсатор паровой турбины поступает водяной пар с давлением p=3,5 кПа при степени сухости x = 0,8 в количестве G = 20 кг/с. Какую площадь теплообменной поверхности должен иметь конденсатор при охлаждении пара водой с температурой на входе t'w=12°С и с температурой на выходе на четыре градуса ниже температуры насыщения? Коэффициент теплопередачи от пара к охлаждающей воде к = 4,8 кВт/(м2∙К). Определить также потребное количество охлаждающей воды на 1 кг конденсируемого пара (кратность охлаждения).

4.Две одинаковые трубы диаметром d = 30 мм и длиной L= 1,3 м охлаждаются путем конвекции и излучения в одинаковых условиях. Средняя температура поверхности обеих труб tст= 320°С одинакова и поддерживается постоянной с помощью встроенных в них электрических нагревателей. Причем первый из них расходует на W=280 Вт больше мощности, чем второй. Какова интегральная степень черноты поверхности второй трубы, если для первой = 0,85? Температура окружающей среды t0=20°C.

5.Сферическая поверхность с радиусом R = 100 мм помещена в камеру большого объема с глубоким вакуумом. Для поддержания температуры поверхности сферы t постоянной встроенный в нее электрический нагреватель расходует в секунду W= 220 Вт энергии. Определить температуру поверхности сферы, когда ее интегральная степень черноты = 0,15, а также для случая, когда поверхность абсолютно черная. Излучением стенок камеры пренебречь.

103

6. Определить требуемую площадь поверхности нагрева рекуперативного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей для подогрева воды в количестве G2 = 1,3 кг/с от t1' =15 оC до t2" = 80°С. В качестве греющего теплоносителя используется газ, начальная и конечная температуры которого соответственно 300°С и 140°С. Коэффициент теплопередачи к = 40 Вт/(м2К). Привести графики изменения температур теплоносителей для обеих схем движения.

7.Трубопровод диаметром d1= 150 мм, имеющий температуру поверхности t = 400°С и степень черноты = 0,75, окружен цилиндрическим экраном диаметром dэ = 300 мм, обе поверхности которого имеют степень черноты о = 0,30. Определить потери тепла излучением на 1 пог. м трубопровода при температуре окружающей среды 27°С, приняв ее поглощательную способность равной единице. На сколько процентов будут больше указанные потери при тех же условиях для трубопровода без экрана?

8.Для измерения температуры движущегося с относительно небольшой скоростью горячего воздуха в канале установлена термопара, показание которой tт = 260°С. Какова действительная температура воздуха, если коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к спаю = 25 Вт/(м2-К), степень черноты спая =0,85, а температура стенок канала tст = 110°С ?

9.Определить температуру поверхности трубы с наружным диаметром d = 200 мм, если линейная плотность результирующего потока конвекцией и излучением от нее составляет q = 3,8 кВт/м, а

интегральная степень черноты поверхности = 0,30. Температура окружающего воздуха tв = 27oС, коэффициент теплоотдачи кон-

векцией = 20 Вт/(м2К).

10. Определить плотность теплового потока излучением q1-2 между двумя параллельными и расположенными на близком расстоянии друг от друга поверхностями, имеющими степень черноты

и t2= 500°С. Как изменится тепловой поток q1- 2, если между указанными поверхностями параллельно расположить экран со степе-

нью черноты э = 0,5?

11.Горизонтальный трубопровод наружным диаметром d = 0,2 м имеет температуру поверхности tст= 300°С, степень черноты поверхности = 0,8. Определить количество тепла, которое отдает трубопровод в окружающую среду излучением и конвекцией qL Вт/м (в условиях свободного движения воздуха), если температура воздуха tв = 17°С. Как изменится суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением (отношение суммарной плотности теплового потока к разности температур поверхности и среды), если при прочих неизменных условиях путем специального покрытия уменьшить степень черноты поверхности до = 0,30?

12. Поток интегрального излучения серого тела при температуре Т= 600К меньше, чем абсолютно черного тела при той же температуре. Установить связь между действительной и радиационной температурой Тp = 400 К, т.е. такой температурой абсолютно черного тела, при которой поток испускаемого излучения равен излучению серого тела. Определить интегральную степень черноты серого тела для заданных температурах Ти Тp .

13.Каково собственное излучение газов в рабочей камере печи объемом V= 15 м3 и площадью ограждения F= 36 м2, если температура газов Tг=800°С, давление pг = 0,1 МПа? Объемное содержание излучающих газов в продуктах сгорания составляет: углекислого газа rCO2 = 9,5 %; водяного пара rH2O= 14%.

14. В противоточном рекуперативном теплообменнике охлаждается масло в количестве G1 = 0,96 кг/с. В качестве охлаждающего теплоносителя используется вода, расход которой G2 = 0,57 кг/с, температура на входе в теплообменник t2' = 10°С. Какой будет температура масла на выходе из теплообменника, если на входе t= 80°С? Площадь поверхности охлаждения теплообменника

105

F= 4,5 м2. Теплоемкость масла см = 2,5 кДж/(кг-К). Расчетный коэффициент теплопередачи к= 150 Вт/(м2-К).

15.Определить температуру масла на выходе из масляного холодильника тепловоза на основании следующих данных: площадь поверхности охлаждения масляных радиаторов F= 230 м2; температура масла на входе в холодильник t = 65°С; расход масла Gм = 7,5 кг/с; температура охлаждающего воздуха на входе в холодильник tв= 15°С; расход воздуха Gв = 18,3 кг/с; теплоемкость масла см = 2,5 кДж/(кг∙К); теплоемкость воздуха св = 1 кДж/(кг∙К); расчетный коэффициент теплопередачи k=50Вт/(м2К).

Примечание. Температурный напор можно определить по средней арифметической разности температур масла и воздуха.

16.Определить требуемые площади поверхностей прямоточного и противоточного теплообменников для охлаждения масла

вколичестве Gм = 0,93 кг/с от температуры 65°С до температуры 55°С. Расход охлаждающей воды Gв = 0,55 кг/с, температура ее на

входе в теплообменник tв = 15°С. Расчетный коэффициент теплопередачи к= 150 Вт/(м2К), теплоемкость масла см = 2,5 кДж/кгК), теплоемкость воды св = 4,19 кДж/(кг-К).

17.Определить расход греющего пара и требуемую площадь теплообменной поверхности пароводяного подогревателя для подогрева Gв = 8 т/ч воды от t1 = 20°С до t2 = 80°С. Давление греющего пара Р=0,1 МПа. Степень сухости X= 0,90. Поверхность на-

грева теплообменника состоит из стальных труб; dн = 30 мм; dвн = 24 мм; λ = 50 Вт/(м- К). Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке 1 = 5000 Вт/(м2-К); от стенки к во-

де 2 = 6000 Вт/(м2-К). Температуру конденсата на выходе из теплообменника принять равной температуре насыщения, соответствующей давлению Р. Тепловыми потерями пренебречь.

18. В пароводяном рекуперативном теплообменнике с площадью теплообменной поверхности F= 0,8 м2 вода нагревается насыщенным паром с абсолютным давлением Р = 0,60 МПа. Темпе-

106

ратура воды на входе t2 = 15°С, расход ее G2 = 1 кг/с. Определить конечную температуру подогрева воды t2\ если коэффициент теплопередачи к = 3000 Вт/(м2-К).

19. Определить требуемую площадь теплообменной 'поверхности охладителя наддувочного воздуха дизеля на основании следующих данных: температура воздуха на входе в охладитель 105°С; температура воздуха на выходе из охладителя 55°С; расход воздуха Gв = 1,1 кг/с; температура охлаждающей воды на входе в охладитель 25°С; расход охлаждающей воды 1,25 кг/с; коэффициент теплопередачи к = 100 Вт/(м2К). Схема движения теплоносителей перекрестная.

20.В прямоточном рекуперативном теплообменнике вода подогревается дымовыми газами. Температура газов на входе в теплообменник 300°С, на выходе 180°С, температура воды на входе t'2

мм рт. ст.), средняя теплоемкость газов (в интервале температур t1’– t1" cрт = 1,34 кДж/(нм3-К). Расход нагреваемой воды G2 = 1,1 кг/с. Определить температуру воды на выходе из теплообменника t2" и требуемую площадь теплообменной поверхности F, если коэффициент теплопередачи равен к = 30 Вт/(м2-К). Как изменится температура газов tг" и воды tв" на выходе из теплообменника если при той же площади теплообменной поверхности и прочих неизменных условиях применить противоточную схему?

21.В рекуперативном прямоточном теплообменнике температуры греющего и нагреваемого теплоносителей равны: а) на входе в теплообменник 100°С; и соответственно 20°С; б) на выходе из теплообменника t" = 40°С и t" = 26°С. Расход греющего теплоносителя Gx = 0,5 кг/с, теплоемкость с = 4,2 кДж/(кг-К). Площадь теплообменной поверхности теплообменника F= 15 м2. Определить средний коэффициент теплопередачи к при заданной схеме движения теплоносителей. На сколько процентов увеличится количество передаваемого тепла, если при неизменных расходах и зна-

107

чениях температуры теплоносителей на входе в теплообменник и коэффициента к площадь поверхности теплообмена будет в два раза больше, т.е. 30 м2? Значение коэффициента теплопередачи считать неизменным.

22.В пароводяном рекуперативном теплообменнике вода нагревается насыщенным паром. Расход воды G2 = 1 кг/с. Определить коэффициент теплопередачи в теплообменнике, если площадь теплообменной поверхности F = 0,8 м2, а отношение температурных

tб 2

напоров на входе и выходе tм .

23.Какой должна быть теоретическая холодопроизводительность рефрижераторной установки для поддержания в холодильной камере постоянной температуры воздуха t2 = —8°Спри температуре наружного воздуха tн = 25"С, если средний приведенный коэффициент теплопередачи ограждения камеры к = 0,29 Вт/(м2- К), а тепловая мощность источников внутреннего тепловыделения W=10 кВт? Расчетная площадь поверхности ограждения камеры F= 200 м2. Определить среднюю температуру внутренней поверхности стенок камеры, если коэффициент теплоотдачи с внутренней сто- роны 2, Вт/(м2-К), составляет 2,85 t2сп t2 ?

Условие задачи для вариантов: 24,28,32,36,40,44,48,52,56,60

Определить расход греющего пара и требуемую площадь теплообменной поверхности пароводяного подогревателя для подогрева Gw воды t1 = 10°С до t2 = 80°С Давление греющего пара р, степень сухости х. Поверхность нагрева теплообменника состоит из стальных труб: dH = 30 мм; dBH = 24 мм; λ = 50 Вт/(м∙К). Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стене 1 = 6000 Вт/(м2∙К), от стенки к воде 2 = 5500 Вт/(м2∙К). Температуру конденсата на выходе из теплообменника принять равной температуре насыщения, соответствующей давлению р. Тепловыми потерями пренебречь. Параметры взять в таблице 14

108

Таблица 14

Условие задачи для вариантов: 25,29,33,37,41,45,49,53,57,61.

Определить температуру масла tм на выходе из масляного холодильника на основании следующих данных:

-площадь теплообменной поверхности холодильника

F = 80 м2 ;

-расход охлаждаемого масла GM = 20 кг/с;

-расход охлаждаемой воды Gw, = 30 кг/с;

-температура воды на входе в холодильник tw;

-температура масла на входе в холодильник tM = 85°С;

-коэффициент теплопередачи k;

удельная теплоемкость масла cм = 2,2 кДж/(кг∙К). Схема движения теплоносителей противоточная. Параметры взять в таблице 15

Таблица 15

109

Условие задачи для вариантов: 26, 30, 34, 38, 42, 46, 50, 54, 58,

62

Определить требуемую площадь теплообменной поверхности охладителя наддувочного дизеля на основании следующих данных: температура воздуха на входе в охладитель tв = 115°С; температура воздуха на выходе из охладителя t"в = 65°С;

расход воздуха GB;

температура охлаждающей воды на входе в охладитель tw;

Условие задачи для вариантов: 27,31,35,39,43,47,51,55,59,63

В рекуперативном прямоточном теплообменнике температура греющего и нагреваемого теплоносителей равна:

а) на входе в теплообменник t г/ = 200°С, tн/ = 20°С; б) на выходе из теплообменника t г// , tн// ;.

Расход греющего теплоносителя Gг, теплоемкость сг=4,2кДж/(кг К). Площадь теплообменной поверхности теплообменника F = 25 м2 . Определить средний коэффициент теплопередачи k при заданной схеме движения теплоносителей. На сколько процентов увеличится количество передаваемого тепла, если при неизменных температурах теплоносителей на входе в теплообменник его площадь поверхности теплообмена будет в два раза боль-

110