Задачи по ТЕПЛООБМЕНУ из Задачника по ТЕПЛОТЕХНИКЕ Ч.II УГНТУ

7. Теплопроводность

Задача 7.1. Определить коэффициент теплопроводности материала стенки толщиной δ мм, если плотность теплового потока через нее q Вт/м², а разность температур на поверхностях Δt.

Задача 7.2. Определить тепловой поток через стену здания толщиной δ мм, высотой H м и длиной L м. Температуры на поверхностях стенки t_c1 и t_c2. Рассмотреть варианты: А - материал стены - сухой; Б - материал стены - влажный.

Задача 7.6. Нефтепровод с наружным диаметром D мм и толщиной стенки δ_тр имеет три слоя изоляции толщиной δ₁, δ₂, δ₃. Коэффициенты теплопроводности изоляции λ₁, λ₂, λ₃. Температура на внутренней поверхности трубы t_вн, а на наружной поверхности изоляции t_нар. Определить линейную плотность теплового потока.

Задача 7.10. Железобетонная дымовая труба внутренним диаметром d₂ = 800 мм и наружным диаметром d₃ = 1300 мм должна быть футерована внутри огнеупором - шамотным кирпичом. Определить толщину футеровки и температуру наружной поверхности трубы t_с3 из условий, чтобы тепловые потери с 1м трубы не превышали 2000 Вт/м, а температура внутренней поверхности железобетонной стенки t_с2 не превышала 200 °С. Температура внутренней поверхности футеровки t_с1 = 425 °С.

Задача 7.11. Плоская стенка бака площадью S = 5 м² покрыта двухслойной тепловой изоляцией. Стенка бака стальная, толщиной δ₁ мм. Первый слой изоляции выполнен толщиной δ₂ мм. Второй слой изоляции толщиной δ₃ мм представляет собой штукатурку. Температура внутренней поверхности стенки бака t_c ℃ и внешней поверхности изоляции t_c4. Вычислить количество теплоты, передаваемой через стенку, температуры на границах слоев изоляции и построить график распределения температуры.

8. Конвективный теплообмен

Задача 8.1. Определить конвективный тепловой поток от крыши здания площадью F м² и температурой t_к в окружающий воздух с температурой t_в, если в безветренную погоду коэффициент теплоотдачи равен α_в1. Насколько изменится тепловой поток в ветреный день при коэффициенте теплоотдачи α_в2.

Задача 8.10. Определить коэффициент теплоотдачи и количество переданной теплоты при течении воды в трубе диаметром d и длиной l, если расход воды составляет v л/ч, средняя температура воды t_ж, температура стенки трубы t_с.

Задача 8.12. Определить коэффициент теплоотдачи и линейную плотность теплового потока в поперечном потоке воздуха для трубы диаметром d мм, если температура ее поверхности t_c, температура воздуха t_возд и скорость ветра w м/с.

Задача 8.17. В масляном баке температура масла поддерживается постоянной с помощью горизонтальных обогревающих труб диаметром d мм. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности труб к маслу, если температура масла ж t °C, а температура поверхности труб с t °C. Расстояние между трубками относительно велико, и расчет теплоотдачи можно производить как для одиночного цилиндра.

Задача 8.15. Труба внешним диаметром d мм охлаждается поперечным потоком масла. Скорость движения и средняя температура масла равны соответственно: w м/с и t_ж °C. Определить, какую температуру поверхности трубы необходимо поддерживать, чтобы плотность теплового потока составляла q Вт/м², и каково при этом будет значение коэффициента теплоотдачи?

9. Теплопередача

Задача 9.1. Найти общий коэффициент теплопередачи в теплообменнике мощностью Q кВт, общая поверхность теплообмена которого F, средняя температура горячего теплоносителя равна t_гор, холодного t_хол.

Задача 9.2. Определить пределы изменения теплопотерь в окружающий воздух от резервуара с мазутом, имеющим температуру t_мазут, если полная поверхность резервуара F м², коэффициент теплопередачи К, температура воздуха меняется от t_возд1 до t_возд2.

Задача 9.6. Определить температуры на поверхностях стены помещения толщиной δ_ст. Температура воздуха внутри помещения t_ж1 ℃; коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки α₁; температура наружного воздуха t_ж2 ℃; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены α₂. Решить эту задачу, если стена покрыта снаружи слоем тепловой изоляции толщиной δ_из мм. Сравнить потери теплоты через изолированную и не изолированную стенки.

Задача 9.7. Вычислить потерю теплоты с 1 м не изолированного трубопровода диаметром d₁/d₂, проложенного на открытом воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой t_ж1, а температура окружающего воздуха t_ж2. Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы α₁ и от трубы к окружающему воздуху α₂. Определить температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.

10. Расчет теплообменного аппарата

Задача 10.3. В маслоохладителе температура масла на входе t_м.вх, на выходе t_м.вых, воды на входе t_в.вх, на выходе t_в.вых. Определить, в каком случае средний температурный напор будет выше (при прямотоке или противотоке) и во сколько раз. Сделать выводы.

Задача 10.5. Найти тепловой поток в маслоохладителе. Теплоемкость масла с_м, плотность ρ (приложение 5), объемный расход V. Средняя температура масла t_мас, средняя температура охлаждающей воды t_вод.

Задача 10.7. Масло поступает в маслоохладитель с температурой t_мас1 ℃ и охлаждается до температуры t_мас2 ℃. Температура охлаждающей воды (с_р = 4,2 кДж/(кг∙К)) на входе t_вод1 ℃. Определить температуру воды на выходе из маслоохладителя, если расходы масла и воды равны соответственно G₁ и G₂ т/ч. Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь.