Курсовая работа по тепломассообмену
.doc
─
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И.НОСОВА
КАФЕДРА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ТЕПЛОМАССООБМЕНУ
-
ВЫПОЛНИЛ:
студент гр. Эт-06-1
Бураншин З.А
ПРОВЕРИЛ:
ст. преподаватель,
д.т.н. Матвеева Г.Н.
МАГНИТОГОРСК
2008
Задача 1. Нестационарная теплопроводность
Металлическая заготовка, имеющая форму пластины (циллиндра), неограниченной длинны, с начальной температурой , нагревается в печи, температура которой поддерживается постоянной до конечной температуры по оси заготовки . Считая длинну (и высоту) заготовки большими большими по сравнению с толщиной, определить:
-
Время нагревания заготовки до данной конечной температуры;
-
Температуры на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени (с использование монограмм Будрина);
-
Распределение температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени (с использованием аналитических формул);
-
Количество теплоты, подведённой к телу в течении всего периода нагревания (на 1 поверхности пластины или на 1 длинны циллиндра);
-
По результатам (2) и (3) построить графики.
Форма тела: ЦИЛИНДР
Материал: СТАЛЬ У12
1._Определение времени нагревания заготовки до конечной температуры
Сначала найдем из справочных таблиц теплофизические параметры пластины (теплоёмкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности и плотность) при начальной температуре и конечной температуре центра пластины , и вычислим их средние значения:
Параметр |
Среднее |
||
0,544 |
0,695 |
0,62 |
|
37,2 |
27,2 |
32,2 |
|
0,029 |
0,021 |
0,025 |
|
7,713 |
7,388 |
7,55 |
Вычислим число и безразмерную температуру для центра пластины в последний момент времени нагрева:
По номограмме Будрина для центра пластины определим:
Вычислим время нагревания заготовки:
2._Определение температур на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени
Интервал времени нагревания заготовки разобьём на несколько промежутков. Для каждого значения вычислим время (в часах), найдём безразмерные температуры в центре и на поверхности пластины по номограммам Будрина (в зависимости от и ). По безразмерным температурам вычислим температуры в центре и на поверхности пластины в градусах Цельсия.
Для :
-
Время нагревания
-
Безразмерная температура в центре пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимоси от и ):
-
Безразмерная температура на поверхности пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимоси от и ):
-
Температура на оси циллиндра:
-
Температура на поверхности циллиндра:
Для остальных значений критерия Фурье вычисления производим по этим же формулам, результаты вычислений заносим в таблицу.
|
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
3 |
4 |
5,45 |
0,39 |
0,78 |
1,18 |
1,57 |
2,35 |
3,14 |
4,27 |
|
0,94 |
0,76 |
0,65 |
0,55 |
0,38 |
0,27 |
0,176 |
|
0,9 |
0,68 |
0,58 |
0,54 |
0,36 |
0,26 |
0,16 |
|
451 |
604 |
698 |
783 |
927 |
1021 |
1100 |
|
485 |
672 |
757 |
791 |
944 |
1029 |
1114 |
3._Определение распределения температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени
При определяем из таблиц:
При
При
При
Найдём безразмерные температуры в момент времени
Температура для этой точки:
Для остальных точек и в другие моменты времени вычисления производим аналогичным образом, результаты записываем в таблицу.
|
||||
0,8825 |
0,5353 |
0,3836 |
0,1695 |
|
500 |
798 |
926 |
1107 |
|
0,8774 |
0,5322 |
0,3814 |
0,1686 |
|
504 |
803 |
929 |
1108 |
|
0,8675 |
0,5262 |
0,3771 |
0,1667 |
|
513 |
803 |
929 |
1108 |
|
0,841 |
0,5102 |
0,3656 |
0,1616 |
|
535 |
816 |
939 |
1113 |
|
0,81 |
0,4915 |
0,3522 |
0,1557 |
|
562 |
832 |
951 |
1118 |
4._Определение количества теплоты, подведённого к телу за весь период нагревания (в расчёте на 1 метр длинны цилиндра)
Полное количество теплоты, которое было бы подведено к цилиндру (на 1 метр её длинны), если бы нагревание длилось до наступления полного теплового равновесия между цилиндром и воздухом печи:
Средняя безразмерная температура в последний момент времени нагрева:
Полное количество теплоты, подведённого к цилиндру (на 1 метр её длинны) за весь период нагрева:
5._Графики, построенные по данным пунктов 2 и 3
Задача 2. Конвективный теплообмен при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности
Плоская пластина м. обтекается продольным потоком жидкости (газа) со скоростью м/с. Температура набегающего потока . Задана температура поверхности пластины . Найти:
-
Критическую координату точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный;
-
Толщины динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности;
-
Значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины;
-
Средние коэффициенты теплоотдачи для участков с различными режимами течения;
-
Построить графики , , .
Жидкость: Воздух
1. Вычисление критической координаты точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный
Определим теплофизические параметры воздуха при температуре :
Определим число Прандтля воздуха при температуре :
Критическое число Рейнольдса:
Вычислим координату точки перехода ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное:
2. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности
2.1. Расчёт ламинарного режима течения
2.1.1. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв, а также коэффициентов теплоотдачи для различных точек
Для точки вычислим:
Для других точек ламинарного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.
2.1.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока
2.2. Расчёт турбулентного режима течения
2.2.1. Вычисление толщины динамического пограничных слоя, а также коэффициентов теплоотдачи для различных точек
Для точки вычислим:
Для других точек турбулентного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.
2.2.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока
2.3. Результаты вычислений
Параметр |
Ламинарный участок |
Турбулентный участок |
||||||||
|
0,1 |
0,4 |
0,7 |
1 |
1,38 |
1,4 |
1,8 |
2,2 |
2,6 |
3 |
7242 |
28968 |
50693 |
72419 |
100000 |
101386 |
130353 |
159321 |
188289 |
217256 |
|
0,0055 |
0,011 |
0,015 |
0,017 |
0,019 |
0,052 |
0,063 |
0,074 |
0,085 |
0,095 |
|
0,006 |
0,0125 |
0,017 |
0,0193 |
0,0216 |
0,052 |
0,063 |
0,074 |
0,085 |
0,095 |
|
24,79 |
49,57 |
65,58 |
78,38 |
92,1 |
252,5 |
308,7 |
362,5 |
414,3 |
465 |
|
11,4 |
5,7 |
4,31 |
3,61 |
3,07 |
8,296 |
7,889 |
7,58 |
7,33 |
7,13 |
|
184,2 |
315,6 |
|||||||||
6,14 |
7,645 |
|||||||||
921 |
1146,75 |
3. Построение графиков по результатам вычислений
График изменения коэффициента теплоотдачи
Задача 3. Тепловой расчёт пароперегревателя
В пароперегреватель поступает сухой насыщенный водяной пар. Пар движется по стальным трубам диаметром . Коэффициент теплопроводности стали . Средняя скорость движения пара , расход пара , давление . Температура и энтальпия перегретого пара соответственно и . Дымовые газы (13% и 11% ) в количестве движутся вдоль трубного пучка. Температура газов на входе . Средняя скорость газов в узком сечении пучка . Заданы расположение труб (шахматное или коридорное) и относительные шаги: поперечный и продольный . Со стороны газов трубы пароперегревателя покрыты слоем сажи толщиной . Теплопроводность сажи можно принять . Изменением давления по длинне пароперегревателя в расчётах можно пренебречь.
Определить поверхность нагрева, количество и длину змеевиков пароперегревателя парового котла. Схема движения теплоносителей в пароперегревателе показана на рисунке.
Рис. Схема движения теплоносителей в пароперегревателе.
Дымовые газы:
Водяной пар: |
Коэффициент теплопроводности стенки:
Диаметры труб:
Расположение труб: шахматное |
Поперечный относит. шаг:
Продольный относит. шаг:
Слой сажи:
Коэффициент теплопроводности сажи: |