Задачник по ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
Учебное пособие для вузов. Четвертое издание, переработанное. ББК 31.31 К 78 УДК 621.1.016.4(075.8) Москва 1980 г.
Е.А. Краснощеков, А.С. Сукомел
Глава 1.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
Задача 1-2
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной δ = 50 мм q = 70 Вт/м2. Определить разность температур на поверхностях стенки и численные значения градиента температуры в стенке, если она выполнена: а) из латуни [λл = 70 Вт/(м ∙ ℃)]; б) из красного кирпича [λк = 0,7 Вт/(м ∙ ℃)]; в) из пробки [λп = 0,07 Вт/(м ∙ ℃)].
Задача 1-3
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Определить потерю теплоты Q Вт, через стенку из красного кирпича длиной l = 5 м, высотой h = 4 м и толщиной δ = 0,25 м, если температуры на поверхностях стенки поддерживаются tc1 = 110 ℃ и tc2 = 40 ℃. Коэффициент теплопроводности красного кирпича λ = 0,7 Вт/(м·℃).
Задача 1-4
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Определить коэффициент теплопроводности материала стенки, если при толщине ее δ = 40 мм и разности температур на поверхностях Δt = 20 ℃ плотность теплового потока q = 145 Вт/м2;
Задача 1-5
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Плоскую поверхность необходимо изолировать так, чтобы потери теплоты с единицы поверхности в единицу времени не превышали 450 Вт/м2 Температура поверхности под изоляцией tc1 = 450 °C, температура внешней поверхности изоляции tc2 = 50 ℃. Определить толщину изоляции для двух случаев:
a) изоляция выполнена из совелита, для которого λ = 0,09 + 0,0000874 ∙ t;
б) изоляция выполнена из асботермита, для которого λ = 0,109 + 0,000146 ∙ t.
Задача 1-10
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Рисунок 1-10
Стенка неэкранированной топочной камеры парового котла выполнена из пеношамота (ρ = 950 кг/м3) толщиной δ1 = 125 мм и слоя красного кирпича толщиной δ2 = 500 мм. Слои плотно прилегают друг к другу. Температура на внутренней поверхности топочной камеры tc1 = 1100 °С, а на наружной tc3 = 50 °С. Коэффициент теплопроводности пеношамота λ1 = 0,28 + 0,00023t Вт/(м·К), красного кирпича λ2 = 0,7 Вт/(м·К). Вычислить тепловые потери через 1 м2 стенки топочной камеры и температуру в плоскости соприкосновения слоев.
Задача 1-12
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Стены сушильной камеры выполнены из слоя красного кирпича толщиной δ1 = 250 мм и слоя строительного войлока. Температура на внешней поверхности кирпичного слоя tc1 = 110 °C и на внешней поверхности войлочного слоя tс3 = 25 °С. Коэффициент теплопроводности красного кирпича λ1 = 0,7 Вт/(м∙К) и строительного войлока λ2 = 0,0465 Вт/(м∙К). Вычислить температуру в плоскости соприкосновения слоев и толщину войлочного слоя при условии, что тепловые потери через 1 м2 стенки камеры не превышают q = 110 Вт/м2.
Задача 1-14
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Вычислить потери теплоты через единицу поверхности кирпичной обмуровки парового котла в зоне размещения водяного экономайзера и температуры на поверхностях стенки, если толщина стенки δ = 250 мм, температура газов tж1 = 700 °C и воздуха в котельной tж2 = 30° C. Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки α1 = 23 Вт/ (м2∙К) и от стенки к воздуху α2 = 12 Вт/ (м2∙К). Коэффициент теплопроводности стенки λ = 0,7 Вт/(м∙К).
Задача 1-16
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Вычислить тепловой поток через 1 м2 чистой поверхности нагрева парового котла и температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температуры дымовых газов tж1 = 1000 ℃, кипящей воды tж2 = 200 ℃; коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке α1 = 100 Вт/(м2 ∙ ℃) и от стенки к кипящей воде α2 = 5000 Вт/(м2 ∙ ℃). Коэффициент теплопроводности материала стенки λ = 50 Вт/(м ∙ ℃) и толщина стенки δ = 12 мм. Решить задачу при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовых газов покрылась слоем сажи δс = 1 мм [λс = 0,08 Вт/(м ∙ ℃)] и со стороны воды слоем накипи толщиной δн = 2 мм [λн = 0,8 Вт/(м ∙ ℃)]. Вычислить плотность теплового потока через 1 м2 загрязненной поверхности нагрева и температуры на поверхностях соответствующих слоев tс1, tс2, tс3 и tс4. Сравнить результаты расчетом с ответом предыдущего условия и определить уменьшения тепловой нагрузки.
Задача 1-17
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Определить тепловой поток через 1 м2 кирпичной стены помещения толщиной в два кирпича (δ = 510 мм) с коэффициентом теплопроводности λ = 0,8 Вт/(м∙К). Температура воздуха внутри помещения tж1 = 18 °C, коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки α1 = 7,5 Вт/(м2∙К); температура наружного воздуха tж2 = −30 °С; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, обдуваемой ветром, α2 = 20 Вт/ (м2∙К). Вычислить также температуры на поверхностях стены tс1 и tс2.
Задача 1-22
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Змеевики пароперегревателя выполнены из труб жароупорной стали диаметром d1/d2 = 32/42 мм с коэффициентом теплопроводности λ = 14 Вт/(м ∙ ℃). Температура внешней поверхности трубы tс2 = 580 ℃ и внутренней поверхности tс1 = 450 ℃. Вычислить удельный тепловой поток через стенку на единицу длины трубы ql, Вт/м.
Задача 1-24
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Стальной трубопровод диаметром d1/d2 = 100/110 мм с коэффициентом теплопроводности материала стенки λ1 = 50 Вт/(м ∙ ℃) покрыт изоляцией в 2 слоя одинаковой толщины δ2 = δ3 = 50 мм. Температура внутренней поверхности трубы tс1 = 250 °С, температура наружной поверхности изоляции tс4 = 50 °С. Определить потери теплоты через изоляцию с 1 м трубопровода и температуру на границе соприкосновения слоев изоляции, если первый слой изоляции, накладываемый на поверхность трубы, выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности λ2 = 0,06 Вт/(м∙К), а второй слой − из материала с коэффициентом теплопроводности λ3 = 0,12 Вт/(м∙К).
Задача 1-25
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Как изменятся тепловые потери с 1 м трубопровода, рассмотренного в задаче 1-24, если слои изоляции поменять местами, т.е. слой большим коэффициентом теплопроводности наложить непосредственно на поверхность трубы? Все другие условия оставить без изменений.
Задача 1-29
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Рисунок 1-12
В приборе для определения коэффициента теплопроводности жидкостей по методу «нагретой нити» (рис. 1-12) в кольцевой зазор между платиновой нитью и кварцевой трубкой залито испытуемое трансформаторное масло. Диаметр и длина платиновой нити d1 = 0,12 мм и l = 90 мм; внутренний и наружный диаметры кварцевой трубки d2 = 1 мм и d3 = 3 мм; коэффициент теплопроводности кварца λ = 1,4 Вт/(м∙℃). Вычислить коэффициент теплопроводности λж и среднюю температуру tж трансформаторного масла, если при расходе теплоты через кольцевой слой масла Q = 1,8 Вт, температура платиновой нити tc1 = 106,9 ℃ и температура внешней поверхности кварцевой трубки tc3 = 30,6 ℃.
Задача 1-34
Цена - 70 руб. (pdf) - 80 руб. (word)
Вычислить потерю теплоты с 1 м неизолированного трубопровода диаметром d1/d2 = 150/165 мм, проложенного на открытом воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой tж1 = 90 ℃ и температура окружающего воздуха tж2 = −15 ℃. Коэффициент теплопроводности материала трубы λ = 50 Вт/(м ∙ ℃). Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы α1 = 1000 Вт/(м2 ∙ ℃) и от трубы к окружающему воздуху α2 = 12 Вт/(м2 ∙ ℃). Определить также температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.
Задача 1-35
Цена - 70 руб. (pdf) - 80 руб. (word)
Определить тепловые потери с 1 м трубопровода, рассмотренного в задаче 1-34, если трубопровод покрыт слоем изоляции толщиной δ1 = 60 мм. Коэффициент теплопроводности изоляции λ1 = 0,15 Вт/(м ∙ ℃). Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху α2 = 8 Вт/(м2 ∙ ℃). Все остальные условия остаются такими же. Вычислить также температуры на внешней поверхности трубы tс2 и на внешней поверхности изоляции tс3.
Задача 1-37
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Трубчатый воздушный подогреватель производительностью 2,78 кг/с воздуха выполнен из труб диаметром d1/d2 = 43/49 мм. Коэффициент теплопроводности материала труб λ = 50 Вт/ (м∙К). Внутри труб движется горячий газ, а наружная поверхность труб омывается поперечным потоком воздуха. Средняя температура дымовых газов tж1 = 250 °C, а средняя температура подогреваемого воздуха tж2 = 145 °С. Разность температур воздуха на входе и выходе из подогревателя равна Δt = 250 °C. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 = 45 Вт/ (м2∙К) и от стенки к воздуху α2 = 25 Вт/ (м2∙К). Вычислить коэффициент теплопередачи и определить площадь поверхности нагрева подогревателя Расчет произвести по формулам для 1) цилиндрической и 2) плоской стенок. Сравнить результаты вычислений.
Глава 2.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Задача 2-10
Задача 2-10
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
Рисунок 2-7
Стальная болванка цилиндрической формы диаметром d = 80 мм и длиной l = 160 мм (рис. 2-7) в начальный момент времени была равномерно нагрета до температуры t0 = 800 °C. Болванка охлаждается на воздухе, который имеет температуру tж = 30 °С. Определить температуру в центре болванки (при x = 0 и r = 0), и в середине торцевой поверхности (при r = 0; x = l/2) через t = 30 мин после начала охлаждения. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности стали равны соответственно: λ = 23,3 Bт/(м∙К), а = 6,11 ∙ 10-6 м2/c. Коэффициент теплоотдачи от поверхности болванки α = 118 Вт/(м2∙К).
Задача 2-18
Цена - 70 руб. (pdf) - 80 руб. (word)
Рисунок 2-8
В экспериментальной установке для определения коэффициента температуропроводности твердых тел методом регулярного режима исследуемый материал помещен в цилиндрический калориметр диаметром d = 50 мм и длиной l = 75 мм. После предварительного нагрева калориметр охлаждается в водяном термостате (рис. 2-8), температура воды tж в котором поддерживается постоянной и равной 20 °С. Вычислить значение коэффициента температуропроводности испытуемого материала, если в процессе охлаждения после наступления регулярного режима температура образца в месте заделки термопары за Δτ = 7 мин уменьшилась с t1 = 30 °C до t2 = 22 °С.
Задача 2-19
Цена - 70 руб. (pdf) - 80 руб. (word)
В экспериментальной установке для определения коэффициента теплопроводности твердых тел методом регулярного режима исследуемый материал помещен в шаровой калориметр радиусом r0 = 30 мм. После предварительного нагрева калориметр охлаждается в воздушном термостате, температура в котором tж поддерживается постоянной и равной 20 °С. В результате предварительных исследований установлено, что коэффициент теплоотдачи от поверхности калориметра к воздуху α = 7 Вт/(м2∙К) и коэффициент температуропроводности материала a = 3,47 ∙10-7 м2/с (см задачу 2-18). Вычислить коэффициент теплопроводности испытуемого материала, если в процессе охлаждения после наступления регулярного режима температура в центре калориметра за Δt = 15 мин уменьшилась от t1 = 27 °С до t2 = 24 °С.
Глава 4.
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ПРОДОЛЬНОМ ОБТЕКАНИИ ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Задача 4-5
Задача 4-5
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Тонкая константановая лента сечением 0,1 х 5 мм нагревается электрическим током силой I = 20 А. Электрическое сопротивление 1 м ленты Rl = 1 Ом/м. Лента обтекается с двух сторон продольным потоком воды. Скорость и температура невозмущенного потока u0 = 0,5 м/с, t0 = 10 °C. Определить температуру ленты на расстояниях 25 и 200 мм от передней кромки.
Задача 4-6
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Плоская пластина длиной l = 1 м обтекается продольным потоком воздуха, скорость и температура набегающего потока воздуха ω0 = 80 м/с и t0 = 10 °С. Перед пластиной установлена турбулизирующая решетка, вследствие чего движение в пограничном слое на всей длине пластины турбулентное. Вычислить среднее значение коэффициента теплоотдачи с поверхности пластины и значение местного коэффициента теплоотдачи на задней кромке. Вычислить также толщину гидродинамического пограничного слоя на задней кромке пластины.
Задача 4-9
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Тонкая пластина длиной l = 0,2 м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно ω0 = 150 м/с и t0 = 20°С. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи и плотность теплового потока на поверхности пластины при условии, что температура поверхности пластины tс = 50 °С. Расчет произвести в предположении, что по всей длине пластины режим течения в пограничном слое турбулентный.
Глава 5.
ТЕПЛООТДАЧА И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ В ТРУБЕ
Задача 5-1
Цена - 120 руб. (pdf) - 150 руб. (word)
Рисунок 5-1
Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при течении трансформаторного масла в трубе d = 8 мм и длиной l = 1 м, если средняя по длине трубы температура масла tж = 80 ℃, средняя температура стенки трубки tс = 20 ℃ и скорость масла w = 0,6 м/с.
Задача 5-3
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Как изменится значение среднего коэффициента теплоотдачи в условиях задачи 5-1 если длину трубы уменьшить в 5 раз, все остальные условия оставить без изменения.
Задача 5-8
Цена - 200 руб. (pdf) - 250 руб. (word)
Вода со скоростью v = 0,2 м/с движется по трубке диаметром d = 4 мм и длиной l = 200 мм. Температура стенки трубы tс = 70 ℃. Какая будет температура воды на выходе из трубки, если на входе она имеет температуру tж1 = 10 ℃.
Задача 5-9
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
По трубке диаметром d = 10 мм течет масло марки МК. Температура масла на входе в трубку tж1 = 80 ℃. Расход масла G = 120 кг/ч. Какую длину должна иметь трубка, чтобы при температуре стенки tс = 30 ℃ температура масла на выходе из трубки tж2 равнялась 76 ℃.
Задача 5-11
Цена - 200 руб. (pdf) - 250 руб. (word)
Рисунок 5-2
5-11. По трубкам радиатора диаметром d = 5 мм и длиной l = 0,4 м течет масло марки МС-20 (рис. 5-2) Температура стенок трубок tc = 30 ℃. Средняя температура масла по длине радиатора tж = 70 оС. Определить общее количество отдаваемой теплоты, если радиатор имеет 120 параллельно включенных трубок, а общий расход масла через радиатор составляет G = 2,5 кг/с.
Задача 5-28
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
Какой длины необходимо выполнить трубы горизонтального теплообменного аппарата, в котором вода должна нагреваться от температуры tж1 = 5 ℃ до температуры tж2 = 55 ℃, если диаметр труб по которым движется вода d = 18 мм, средняя температура стенок труб tc = 70 ℃ и расход через каждую трубу составляет G = 72 кг/ч.
Задача 5-33
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
В водяной экономайзер парового котла вода поступает с температурой tж1 = 165 ℃ и покидает его с температурой tж2 = 215 ℃. Вычислить коэффициент теплоотдачи α от стенки трубы экономайзера к потоку воды, если внутренний диаметр труб, по которым движется вода, d = 36 мм, скорость движения воды w = 0,6 м/с и относительная длина труб l/d > 50.
Примечание: Так как коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде значительно больше, чем от газов к стенке, то температура внутренней поверхности трубы будет близка к средней температуре воды и отношение (Prж/Prc) = 1.
Задача 5-34
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
5-34. По трубе внутренним диаметром d = 8 мм и длиной l > 50d движется вода со скоростью w = 1,2 м/с. С наружной стороны трубка обогревается так, что температура ее внутренней поверхности tс = 90 ℃. Вода нагревается от tж1 = 15 ℃ на входе до tж2 = 45 ℃ на выходе из трубки. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде и среднюю по длине трубки плотность теплового потока.
Задача 5-43
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
5-43. Определить значение коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока на внутренней поверхности трубы диаметром d = 12 мм по которой движется вода со скоростью w = 6,5 м/с, если средняя температура воды tж = 160 ℃, а температура внутренней поверхности tс поддерживается равной tс = 185 ℃.
Задача 5-48
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
Температура и давление воды на входе в канал ядерного реактора tж1 = 180 °С, р = 10 МПа. Канал имеет круглое поперечное сечение внутренним диаметром d = 6 мм и длину l = 3 м. Какой расход воды необходимо обеспечить, чтобы температура стенки канала на выходе была на 20 °С ниже температуры насыщения при данном давлении, если плотность теплового потока на внутренней поверхности канала приближенно принять постоянной по длине и равной qс = 740 кВт/м2?
Примечание. Для определения расхода воды необходимо рассчитать значение коэффициента теплоотдачи и температуру воды на выходе из канала α2 и tж2, которые в свою очередь зависят от расхода воды. Поэтому задачу можно решить методом последовательных приближений, задаваясь скоростью движения воды в канале в пределах ω = 3 ÷ 6 м/с.
Задача 5-53
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Рисунок 5-8
В теплообменнике типа «труба в трубе» (рис. 5-8) во внешнем кольцевом канале движется вола со скоростью ω = 3 м/с. Средняя по длине канала температура поды tж = 40°. Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и тепловую мощность теплообменника, если температура внешней поверхности внутренней трубы tс = 70° С. Наружный и внутренний диаметры кольцевого канала равны соответственно: d2 = 26 мм и d1 = 20 мм; длина канала d1 = 1,4 м.
Задача 5-78
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
По кольцевому каналу внутренним диаметром d1 = 5,4 мм и внешним диаметром d2 = 60 мм движется воздух. Расход воздуха G = 0,12 кг/с, а его среднемассовая температура и рассматриваемом сечении tж = 80 °С. Определить температуру внутренней стенки канала tс1 если подвод теплоты осуществляется только через эту поверхность и плотность теплового потока qс1 = 2 · 104 Вт/м2.
Глава 6.
ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ПОПЕРЕЧНОМ ОБТЕКАНИИ ЦИЛИНДРА И ПУЧКА ТРУБ
Задача 6-1
Задача 6-1
Цена - 120 руб. (pdf) - 150 руб. (word)
6−1. Медный шинопровод круглого сечения диаметром d = 15 мм охлаждается поперечным потока сухого воздуха. Скорость и температура набегающего потока воздуха равна соответственно: w = 1 м/с; tж = 20 ℃. Вычислить коэффициент теплоотдачи от поверхности шинопровода к воздуху и допустимую силу тока в шинопроводе при условии, что температура его поверхности не должна превышать tс = 80 ℃. Удельное электрическое сопротивления меди ρ = 0,0175 Ом ∙ мм2/м.
Задача 6-2
Цена - 120 руб. (pdf) - 150 руб. (word)
6−2. Как изменятся коэффициент теплоотдачи от поверхности шинопровода и допустимая сила тока, если скорость набегающего потока воздуха уменьшится в 2 раза, а все другие условия остануться теми же, что в задаче 6-1?
Задача 6-4
Цена - 80 руб. (pdf) - 100 руб. (word)
6−4. Водяной калориметр, имеющий форму трубки, с наружным диаметром d = 15 мм помещён в поперечный поток воздуха. Воздух имеет скорость w = 2 м/с, направленную под углом φ = 90 ° к оси калориметра, и среднюю температуру tж = 20 ℃. При стационарном тепловом режиме на внешней поверхности калориметра устанавливается постоянная средняя температура tc = 80 ℃. Вычислить коэффициент теплоотдачи от трубки к воздуху и тепловой поток на единицу длины калориметра.
Задача 6-9
Цена - 120 руб. (pdf) - 150 руб. (word)
Труба с внешним диаметром d = 25 мм охлаждается поперечным потоком трансформаторного масла. Скорость движения и средняя температура масла равны соответственно: w = 1 м/с и tж = 20 ℃. Определить, какую температуру поверхности трубы необходимо поддержать, чтобы плотность теплового составляла q = 4,5∙104 Вт/м2, и каково при этом будет значение коэффициента теплоотдачи.
Задача 6-10
Цена - 120 руб. (pdf) - 150 руб. (word)
Охлаждение трубы поперечным потоком трансформаторного масла осуществляется при тех же условиях, что и в задаче 6-9. Однако по условиям охлаждения необходимо, чтобы плотность теплового потока на поверхности трубки не превышала q = 3,5∙104 Вт/м2. Какая при этом должна быть температура поверхности трубы и какое значение будет иметь коэффициент теплоотдачи?
Задача 6-17
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
6-17. Сравнить коэффициент теплоотдачи третьего ряда труб воздушных подогревателей, рассмотренных в задаче 6-16, при условии, что шахматное расположение труб в них заменено коридорным. Сравнение провести: а) при одинаковом для обоих воздухоподогревателей отношений шагов s1/s2, б) при одинаковых значениях поперечного и продольного шагов s1 и s2.
Задача 6-20
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
Как изменится коэффициент теплоотдачи третьего ряда труб при поперечном обтекании шахматного пучка трансформаторным маслом и водой в условиях задач 6-18 и 6-19, если вместо нагревания будет происходить охлаждение жидкости при том же температурном напоре, что и в задаче 6-18, т. е. при средней температуре потока tж = 90 °С и средней температуре стенки tс = 40 °С? Остальные величины останутся без изменений (d = 20 мм; ω = 0,6 м/с). Сравнение произвести для угла атаки ψ = 90°.
Задача 6-22
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
Рисунок 6-6
6-22. Трубчатый воздухоподогреватель предполагается выполнить из труб диаметром d = 38 мм, расположенных в коридорном порядке с поперечным и продольным шагами s1 = s2 = 2,5d. Число труб в одном ряду равно m = 8. Число рядов n = 5. Температуры воздуха, поступающего в подогреватель, tж1 = 20 ℃ и на выходе из подогревателя tж2 = 80 ℃. Температура наружной поверхности труб задана и равна tс = 150 ℃. Какой длины должны быть трубы, чтобы при скорости воздуха в узком сечении пучка w = 10 м/с количество теплоты, передаваемой воздуху, составило Q = 125 кВт.
Задача 6-23
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
6-23. Какой длины необходимо будет выполнить трубы в условиях задачи 6-22, если коридорное расположение будет заменено шахматным и скорость в узком сечении пучка будет увеличена до 14 м/с? Все остальные условия оставить без изменений.
Глава 7.
ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ
Задача 7-1
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
7−1. Вычислить потери теплоты в единицу времени с 1 м2 поверхности горизонтального теплообменника, корпус которого имеет цилиндрическую форму и охлаждается свободным потоком воздуха. Наружный диаметр корпуса теплообменника d = 400 мм, температура поверхности tс = 200 ℃ и температура воздуха в помещении tж = 30 ℃.
Задача 7-2
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
7−2. В целях уменьшения тепловых потерь в условиях задачи 7-1 корпус теплообменника покрыт слоем тепловой изоляции.
Найти тепловые потери q, Вт/м2, с поверхности теплообменника, если после наложения слоя тепловой изоляции толщиной 50 мм температура на внешней поверхности изоляции установилась tс = 50 ℃, а температура в помещении осталась прежней, т.е. tж = 30 ℃.
Задача 7-3
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
В котельной проложены два горизонтальных паропровода диаметрами d1 = 50 мм и d2 = 150 мм. Оба паропровода имеют одинаковую температуру поверхности tс = 450 ℃. Температура окружающего воздуха tж = 50 ℃. Паропроводы проложены друг от друга на расстоянии, исключающем взаимное тепловое влияние. Найти отношение коэффициентов теплоотдачи α1/α2 и потерь теплоты с 1 м ql1/αl2 паропроводов. Решить задачу при условии, что после покрытия паропроводов тепловой изоляцией на наружных поверхностях установится температура t’с = 70 ℃. Наружный диаметр изоляции первого паропровода d’1 = 100 мм и второго d’2 = 350 мм. Температура окружающего воздуха остается та же.
Задача 7-4
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Решить задачу 7−3 при условии, что после покрытия паропроводов тепловой изоляцией на наружных поверхностях установится температура t’с = 70 ℃. Наружный диаметр изоляции первого паропровода d’1 = 100 мм и второго d’2 = 350 мм. Температура окружающего воздуха остается та же.
Задача 7-5
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Определить коэффициент теплоотдачи от вертикальной плиты высотой Н = 2 м к окружающему спокойному воздуху, если известно, что температура поверхности плиты tс = 100 ℃, температура окружающего воздуха вдали от поверхности tж = 20 ℃.
Задача 7-6
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Как изменится коэффициент теплоотдачи от вертикальной плиты к окружающему спокойному воздуху в условиях задачи 7-5, если высоту увеличить в 2 раза, а все другие условия оставить без изменения.
Задача 7-10
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
7-10. Определить коэффициент теплоотдачи от горизонтальной плиты, обращенной теплоотдающей поверхностью кверху, с размерами a х b = 2 х 3 м2, к окружающему спокойному воздуху, если известно, что температура поверхности плиты tс = 100 ℃ и температура окружающего воздуха вдали от плиты tж = 20 ℃. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если плиту расположить теплоотдающей поверхностью книзу, а все другие условия оставить без изменений?
Задача 7-12
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
В масляном баке температура масла марки МС поддерживается постоянной с с помощью горизонтальных обогревающих труб диаметром d = 20 мм. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности труб к маслу, если температура масла tж = 60 ℃, а температура поверхности труб tс = 90 ℃. Расстояние между трубами относительно велико, и расчет теплоотдачи можно производить как для одиночного цилиндра.
Задача 7-13
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Определить коэффициент теплоотдачи в условиях задачи 7-12, если при той же температуре масла и том же температурном напоре тепловой поток направлен от масла к стенкам труб, при этом tж = 60 ℃ и tс = 30 ℃.
Задача 7-14
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Рисунок 7-2
Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и плотность теплового потока q, Вт/м2, через вертикальную щель толщиной δ = 20 мм, заполненную воздухом. Температура горячей поверхности tс1 = 200 ℃ и холодной tс2 = 80 ℃.
Задача 7-15
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Как изменятся эквивалентный коэффициент теплопроводности и плотность теплового потока в условиях задачи 7-14 если щель между плоскими стенками заполнить водой под давлением, а все другие условия оставить без изменения.
Задача 7-16
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Как изменятся эквивалентный коэффициент теплопроводности и плотность теплового потока в условиях задачи 7-14 если толщину щели между плоскими стенками уменьшить в 2 раза, а все другие условия оставить без изменения.
Глава 8.
ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА
Задача 8-4
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
На наружной поверхности горизонтальной трубы диаметром d = 20 мм и длиной l = 2 м конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении p = 1 ∙ 105 Па. Температура поверхности трубы tс = 94,5 ℃. Определить средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубе и количество пара G, кг/ч, которое конденсируется на поверхности трубы.
Задача 8-5
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Решить задачу 8-4 при условии, что давление пара p’ = 2∙105 Па, а все остальные данные остались без изменений.
Задача 8-6
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Определить количество сухого насыщенного водяного пара G, кг/ч, которое конденсируется на поверхности горизонтальной трубы диаметром d = 16 мм и длиной l = 1,5 м если давление пара p = 1,2 ∙ 105 Па, а температура поверхности трубы tс = 180 ℃.
Задача 8-7
Цена - 80 руб. (pdf) - 100 руб. (word)
8-7. Как изменится коэффициент теплоотдачи при конденсации сухого насыщенного водяного пара на поверхности горизонтальной трубы, если давление пара возрастет от 0,04∙105 до 4∙105 Па, а температурный напор Δt останется без изменения?
Задача 8-8
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Как изменится коэффициент теплоотдачи и количество сухого насыщенного водяного пара, конденсирующегося в единицу времени на поверхности горизонтальной трубы, если диаметр трубы увеличить в 4 раза, а давление пара, температурный напор и длину трубы сохранить без изменений?
Задача 8-10
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Какой температурный напор Δt = ts – tс необходимо обеспечить, чтобы при пленочной конденсации сухого насыщенного водяного пара на поверхности горизонтальной трубы диаметром d = 34 мм плотность теплового потока была q = 5,8 ∙ 104 Вт/м2. Давление пара p = 1 ∙ 105 Па. Определить также значение коэффициента теплоотдачи в этих условиях.
Задача 8-12
Цена - 300 руб. (pdf) - 350 руб. (word)
Определить значение коэффициента теплоотдачи α2 Вт/(м2 · °С) от конденсирующегося водяного пара к наружной поверхности горизонтальной латунной трубки диаметром d2/d1 = 18/16 мм, температуры наружной и внутренней поверхностей стенки трубки tс2 и tc1 и количество пара G2, кг/(м · ч), конденсирующегося на наружной поверхности трубки. Пар сухой насыщенный под давлением р = 700 кПа. Внутри трубки со скоростью ω = 1,0 м/с протекает охлаждающая вода, имеющая среднюю температуру tж1 = 30 °С.
Задача 8-15
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
На горизонтальной трубе диаметром d = 16 мм и длиной l = 1,2 м происходит пленочная конденсация сухого насыщенного водяного пара при давлении p = 3 МПа. Температура поверхности трубы tс = 227 ℃. Как изменится средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубе, если трубу расположить вертикально, а все другие условия оставить без изменения?
Задача 8-16
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Определить количество конденсатоотводных дисков n, которые необходимо расположить на вертикальной трубе в условиях задачи 8-15, чтобы коэффициент теплоотдачи при вертикальном расположении был равен коэффициенту теплоотдачи для горизонтальной трубы (αверт = αгор).
Задача 8-17
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
8-17. Пароводяной теплообменник выполнен из N = 218 вертикально расположенных труб диаметром d = 16 мм и высотой H = 1,5 м. Трубы изнутри охлаждаются водой, так что средняя температура их наружной поверхности tc = 173 ℃. Сухой насыщенный водяной пар под давлением p = 1 МПа конденсируется на наружной поверхности труб. Определить коэффициент теплоотдачи от пара к поверхности труб и количество теплоты Q, кВт, передаваемое воде в теплообменнике.
Задача 8-18
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
8-18. Определить критическую высоту труб Нк при которой в условиях задачи 8-17 на их нижнем конце будет происходить переход ламинарного течения конденсатной пленки в турбулентное.
Задача 8-19
Цена - 120 руб. (pdf) - 150 руб. (word)
8-19. Определить до какого значения температурного напора в условиях задачи 8-17 ламинарное течения конденсатной пленки сохранится по всей высоты трубы.
Глава 9.
ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ
Задача 9-2
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
Решить задачу 9-1 при условии, что вода находится под давлением р, равным 1; 2,5 и 5 МПа. Определить также разность температур между поверхностью нагрева и кипящей водой Δt = tс – tа при этих давлениях.
Задача 9-6
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы котла к кипящей воде, находящейся под давлением р = 4,7 МПа при температурах поверхности трубы равных 265, 270, 275 ℃. Определить также плотности теплового потока в этих условиях.
Задача 9-11
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Определить необходимую площадь поверхности котла производительностью G = 4 т/ч пара при давлении р = 15,7∙105 Па. Предполагаемый температурный напор Δt = tc – ts = 10 ℃;
Задача 9-12
Цена - 60 руб. (pdf) - 70 руб. (word)
Какой температурный напор необходимо обеспечить в условиях задачи 9-11, чтобы увеличить производительность котла в 2,5 раза при той же площади нагрева.
Задача 9-14
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
9-14. Решить задачу 9-13 при условии, что плотность теплового потока на поверхности трубы увеличилась в 2 раза – q1 = 3,5 ∙ 105 Вт/м2.
Задача 9-18
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Определить температуру tc внутренней поверхности трубы, по которой движется кипящая вода, если тепловая нагрузка поверхности q = 4,5∙105 Вт/м2, скорость и давление воды w = 4 м/с и p = 1,57 МПа и внутренний диаметр трубы d = 12 мм.
Задача 9-19
Цена - 80 руб. (pdf) - 90 руб. (word)
Определить коэффициент теплоотдачи и температуру внутренней поверхности трубы при кипении воды в трубе диаметром d = 38 мм, если плотность теплового потока q = 2∙105 Вт/м2, скорость и давление воды w = 1 м/с и p = 2,8 МПа.
Задача 9-20
Цена - 150 руб. (pdf) - 180 руб. (word)
9-20. Как изменится коэффициент теплоотдачи при кипении воды в трубе диаметром d = 20 мм при повышении тепловой нагрузки поверхности нагрева при повышении тепловой нагрузки поверхности нагрева от q = 5 ∙ 104 до q’ = 1 ∙ 105 Вт/м2, если скорость движения воды w = 5 м/с и давление p = 2 ∙ 105 Па.
Задача 9-21
Цена - 180 руб. (pdf) - 220 руб. (word)
9-21. Определить значения плотности теплового потока, при котором процесс кипения жидкости в условиях Задачи 9-20 начнет оказывать влияние на интенсивность теплообмена.
Глава 12.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Задача 12-9
Задача 12-9
Цена - 100 руб. (pdf) - 120 руб. (word)
Определить площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, в котором теплоносители движутся по противоточной схеме, если известны следующие величины: температура газов на входе 𝑡′ж1 = 420 ℃ расход газов G1 = 220 т/ч; теплоемкость газов ср1 = 1,045 кДж/(кг · °С); температура воды на входе 𝑡′ж2 = 105 ℃; расход воды G2 = 120 т/ч; количество передаваемой теплоты Q = 13,5 МВт; коэффициент теплопередачи от газов к воде k = 79 Вт/(м2· °С).
Задача 12-12
Цена - 300 руб. (pdf) - 350 руб. (word)
Рисунок 12-3
Определить площадь поверхности нагрева и число секций водоводяного теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 12-3). Греющая вода движется по внутренней стальной трубе [λс = 45 Вт/(м · °С)] диаметром d2/d1 = 35/32 мм и имеет температуру на входе t’ж1 = 95 °С. Расход греющей воды G1 = 2130 кг/ч. Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от t’ж2 = 15 °С до t’’ж2 = 45 °С. Внутренний диаметр внешней трубы D = 48 мм. Расход нагреваемой воды G2 = 3200 кг/ч. Длина одной секции теплообменника l = 1,9 м. Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.
Задача 12-13
Цена - 300 руб. (pdf) - 350 руб. (word)
В секционном теплообменнике типа «труба в трубе» горячее трансформаторное масло охлаждается водой. Трансформаторное масло движется по внутренней латунной трубе диаметром d2/d1 = 14/12 мм со скоростью ω = 4 м/с. Температура масла на входе в теплообменник t’ж1 = 100 ℃. Вода движется по кольцевому зазору противотоком по отношению к маслу со скоростью ω2 = 2,5 м/с, ее температура на входе t’ж2 = 20 ℃. Внутренний диаметр внешней трубы d3 = 22 мм. Определить общую длину теплообменной поверхности, при которой температура масла на выходе будет t’’ж1 = 60 ℃. Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь. Греющий теплоноситель движется: по внутренней трубе.
Таблица 1: w1 = 4 м/с; w2 = 2,5 м/с; t’1 = 100 ˚C; t’’1 = 60 ˚C; t’2 = 20 ˚C.