Тема 6.2. Теплообмен при поперечном обтекании труб и трубных пучков

Задача №1. Найти средний коэффициент теплоотдачи в охладителе воздуха при поперечном обтекании пучка из восьми рядов труб с шахматным расположением. Наружный диаметр труб 16 мм, скорость воздуха в узком сечении пучка 15 м/с, средняя температура воздуха 160 °С. Принять размеры шагов труб s₁ = 38 мм, s₂ = 21 мм.

Задача №2. По условию задачи №1 найти средний коэффициент теплоотдачи, если пучок будет с коридорным расположением труб.

Задача №3. Определить средний коэффициент теплоотдачи для шахматного пучка, если в задаче №1 вместо воздуха трубы будет омывать вода со скоростью в узком сечении 1 м/с, а температура поверхности труб 40 °С.

Задача №4. Пучок труб поперечно омывается горячим воздухом со скоростью w в узком сечении и средней температурой t_в. Трубы с наружным диаметром d обтекаются под углом атаки φ. Шаги труб: s₁=k₁d и s₂=k₂d. Определить средний коэффициент теплоотдачи пучка, если число рядов в пучке z. Данные для решения взять из таблицы.

Вариант	Тип пучка	d, мм	z	φ,o	Вариант	w, м/c	tв, оС	к1	к2
1	шахм	60	15	70	а	9	350	1,9	1,3
2	корид	50	10	30	б	10	400	2,6	1,2
3	шахм	70	10	50	в	11	180	1,5	1,2
4	корид	40	13	55	г	12	250	2,4	1,15
5	шахм	50	7	60	д	13	120	1,3	1,4
6	корид	60	8	65	е	14	300	2,2	1,2
7	шахм	40	12	40	ж	15	200	1,4	1,3

Тема 7. Теплообмен при свободной конвекции

Задача №1. Электропровод без изоляции расположен горизонтально и имеет диаметр 2 мм и температуру 90 °С на поверхности. Он охлаждается воздухом с температурой 20 °С путем свободной конвекции. Какую температуру на поверхности будет иметь провод, если его покрыть изоляцией толщиной 1 мм, теплопроводность которой 0,3 Вт/(м²∙К)? Силу тока и электросопротивление провода считать прежними, а коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху принять равным 15 Вт/(м²∙К).

Задача №2. Кирпичи вынимают из печи для обжига при температуре 420 °С и охлаждают в покоящемся воздухе при температуре 30 °С. Высота кирпича 10 см, а размеры его основания 14×7 см. Рассчитать тепловой поток от кирпича в результате естественной конвекции сразу после извлечения из печи. Кирпичи лежат на теплоизолированной поверхности.

Задача №3. Паровая труба проходит вертикально через помещение. Температура наружной поверхности трубы 60 °С, а температура неподвижного воздуха в помещении 20 °С. Наружный диаметр трубы 68 мм, а длина ее участка в помещении 3,4 м. Определить тепловой поток от трубы в условиях свободной конвекции. Предполагая, что стены помещения полностью теплоизолированные, а его объём составляет 900 м³, рассчитать, за какое время температура воздуха в помещении повысится на 1°С.

Задача №4. Для измерения мощности остаточного тепловыделения цилиндрический твэл устанавливают в большой воздушной камере в горизонтальном положении и измеряют температуру поверхности. Рассчитать объёмную плотность тепловыделения q_v, если температура поверхности твэла 318 °С, температура воздуха в камере 20 °С, а диаметр твэла 6 мм..

Задача №5. Электропроводящая шина прямоугольного сечения 100×3 мм, расположенная на ребре, охлаждается свободным потоком воздуха с температурой 25 °С. В условиях длительной нагрузки температура шины не должна превышать 70 °С. Вычислить допустимую силу тока в шине для указанных условий. Удельное сопротивление материала шины 0,13 Ом∙мм²/м.

Задача №6. Мощность электрогрелки с размерами 0,3×0,3 м составляет 12,5 Вт. Определить, какой будет температура поверхности грелки, если она подвешена вертикально в покоящемся воздухе с температурой 20 °С.

Задача №7. При условиях, приведенных в задаче 5, рассчитать температуру грелки, если она лежит горизонтально на хорошо теплоизолированной поверхности.

Задача №8. Оконная рама с двойным остеклением состоит из двух стекол толщиной 0,5 см каждое, разделенных слоем воздуха толщиной 5 см. Определить тепловой поток через раму, когда температура наружной поверхности внешнего стекла рамы равна –10 °С, а температура внутренней поверхности другого стекла 20 °С.

Задача №9. Горизонтально расположенная лампа дневного света с мощностью 40 Вт имеет наружный диаметр 40 мм и длину 800 мм. Какая доля мощности передается к окружающему воздуху путем свободной конвекции? Температура поверхности лампы равна 60 °С, а температура воздуха 20 °С.