Курсовая работа. 5 семестр

─ 15 ─

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 спец.140104 гр.ЭТБ-08 Горбунёва Е.С.
ПРОВЕРИЛ:	доцент, к.т.н. Матвеева Г.Н.

МАГНИТОГОРСК

2010

Задача 1. Нестационарная теплопроводность

Металлическая заготовка, имеющая форму пластины (цилиндра), неограниченной длинны, с начальной температурой , нагревается в печи, температура которой поддерживается постоянной до конечной температуры по оси заготовки . Считая длину (и высоту) заготовки большими по сравнению с толщиной, определить:

1. Время нагревания заготовки до данной конечной температуры;

2. Температуры на оси и на поверхности заготовки для различных моментов времени (с использование монограмм Будрина);

3. Распределение температуры по толщине заготовки для четырёх моментов времени (с использованием аналитических формул);

4. Количество теплоты, подведённой к телу в течение всего периода нагревания (на 1 поверхности пластины или на 1 длины цилиндра);

5. По результатам (2) и (3) построить графики.

Форма тела: ПЛАСТИНА

Материал: СТАЛЬ 40

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
	0,119	0,155	0,137
	41,4	25,4	33,4
	0,41	0,021	0,2155
	7801	7486	7643

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 :

1. Время нагревания

2. Безразмерная температура в центре пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимости от и ):

3. Безразмерная температура на поверхности пластины (определяем по соответствующей диаграмме Будрина в зависимости от и ):

4. Температура на оси пластины:

5. Температура на поверхности пластины:

Для остальных значений критерия Фурье вычисления производим по этим же формулам, результаты вычислений заносим в таблицу.

	0,5	1	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,2
	0,169	0,336	0,5	0,673	0,84	1,009	1,17	1,31
	0,85	0,65	0,5	0,4	0,3	0,25	0,19	0,13
	0,65	0,56	0,37	0,3	0,23	0.17	0,15	0,12
	372,5	602,5	775	890	1005	1062,5	1131,5	1200
	602,5	706	924,5	1005,5	1085,5	1154,5	1177,5	1212

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.

	0,870	0,5787	0,2559	0,1132
	182,1	522,9	900,6	1067,6
	0,8588	0,5712	0,2526	0,1117
	195,2	531,7	904,5	1069,3
	0,8266	0,5498	0,2432	0,1075
	232,9	556,7	915,5	1074,2
	0,7727	0,5139	0,2273	0,1005
	295,9	598,7	934,1	1082,4
	0,698	0,4643	0,2053	0,0908
	383,3	656,8	960	1094

4._Определение количества теплоты, подведённого к телу за весь период нагревания (в расчёте на 1 метр длинны пластины)

Полное количество теплоты, которое было бы подведено к пластине (на 1 метр её длинны и 1 метр ширины), если бы нагревание длилось до наступления полного теплового равновесия между пластиной и воздухом печи:

Средняя безразмерная температура в последний момент времени нагрева:

Полное количество теплоты, подведённого к пластине (на 1 метр её длинны и 1 метр ширины) 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:

1. Критическую координату точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный;

2. Толщины динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности;

3. Значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины;

4. Средние коэффициенты теплоотдачи для участков с различными режимами течения;

5. Построить графики , .

Жидкость: МАСЛО МК

1. Вычисление критической координаты точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный

Определим теплофизические параметры масла МК при температуре :

Определим число Прандтля масла МК при температуре :

Вычислим число Рейнольдса:

Критическое число Рейнольдса:

Т.к. , то режим течения в пограничном слое на конце пластины - турбулентный.

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 точек 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
	0,3	1,3	2	2,33		2,4	2,8	3,2	3,5
	12894	55874	85959	100000		103152	120344	137536	150430
	0,012	0,026	0,032	0,034		0,088	0,0996	0,11	0,12
	0,0013	0,0028	0,0034	0,0037		---	---	---	---
	480	999	1239	1336,2		7578	8466	9420	10120
	218,1	104,7	84,4	78,2		430,4	412	401	394
	2668,696				12893
	156,1				502
	6244				20080

3. Построение графиков по результатам вычислений

Задача 3. Тепловой расчёт экономайзера.

Змеевиковый экономайзер парового котла предназначен для подогрева питательной воды в количестве от температуры до . Вода движется вверх по трубам диаметром. Коэфициент теплопроводности материала стенки. Средняя скорость движения воды.Дымовые газы (13% и 11% ) движутся сверху вниз в межтрубном пространстве со средней скоростью в узком сечении трубного пучка . Расход газов .Температура газов на входе в экономайзер на выходе . Заданы расположение труб в пучке (шахматное или коридорное) и относительные шаги: поперечный и продольный . Со стороны газов трубы экономайзера покрыты слоем сажи толщиной , со стороны воды - слоем накипи толщиной. Теплопроводность сажи можно принять ,для накипи .