Теплопередача ТТ.4 Глава 3

Помощь он-лайн только по предварительной записи

TT.4 Глава третья. Краснощёков

Обработка опытных данных методом теории подобия

Часть задач есть решенные, контакты

3-1. Необходимо опытным путем определить распределение температур в длинном стальном вале диаметром d = 400 мм через τ = 2,5 ч после загрузки его в печь.

Для стали коэффициенты теплопроводности и температуропроводности равны соответственно: λ = 42 Вт/(м · °С); α = 1,18 · 10-5 м2/с. Коэффициент теплоотдачи к валу в печи α = 116 Вт/(м2 · °С).

Исследование решено проводить в небольшой печи на геометрически подобой модели вала, выполненной из легированной стали. Для модели λм = 16 Вт/(м · °С); ам = 0,53 · 10-5 м2/с; αм = 150 Вт/(м2 × °С).

Определить диаметр dм модели вала и промежуток времени, через который после загрузки модели в печь необходимо измерить распределение температур в модели.

3-2. Определить диаметр модели вала dм и необходимое значение коэффициента теплоотдачи αм, при которых в условиях задачи 3-1 подобие температурных полей наступит через τм = 15 мин после загрузки модели в печь.

Определить также соотношения между линейными размерами, временем и температурами для вала и модели, если известно, что их температуры при загрузке и температуры среды в печах были рав­ны соответственно: t0 = 10°С; tом = 20°С; tж = 1000°С; tж.м = 2000°С.

3-3. На паропроводе перегретого пара диаметром d = 400 мм установлена измерительная диафрагма, которая должна быть специально протарирована, т.е. должна быть найдена зависимость Δр = f(G), где Δр – перепад статических давлений в диафрагме, Па; G – расход пара, кг/с.

Так как по производственным причинам тарировка не могла быть произведена непосредственно на образце, то для этой цели была изготовлена модель в 1/5 натуральной величины.

В результате испытаний модели на воде, температура которой
tжм = 20°С, был получены значения перепадов давлений на диафрагме при различных расходах воды. Результаты измерений приведены ниже:

Δр, Па . . . .     477          1178           4520           18050                  72200

G, кг/с . . . .        2,22            4,44            8,88            17,76          35,52

Найти зависимость Δр = f(G) для образца при течении пара в автомодельной области и указать границы ее применения. Давление пара р = 98 кПа. температура пара tж = 250°С.

3-4. При ламинарном течении жидкости в прямой круглой тру­бе постоянного сечения на достаточно большом расстоянии от вхо­да падение давления, Па, на участке длиной l определяется урав­нением Снимокгде μ — динамический коэффици­ент вязкости, Па · с; V — объем­ный расход, м3/с; d — диаметр трубы, м.

Представить это уравнение в форме зависимости между крите­риями подобия и в виде зависи­мости для коэффициента трения: Eu = f (Re) и ξ = f1 (Re)

где

Снимок1  .

3-5. По трубке диаметром d = 16 мм и длиной l = 2,1 м течет горячая вода, отдающая теплоту через стенку трубы среде, омы­вающей трубку снаружи.

Расход воды через трубку G = 0,0091 кг/с; температура воды на входе tж2 = 87,2°С; температура воды на выходе tж2 = 29°С; средняя температура стенки трубки tс = 15,3°С.

Вычислить значения критериев Nu, Rе и Ре, приняв в качестве определяющей температуры среднеарифметическую температуру жидкости. Коэффициент теплоотдачи отнести к средней арифмети­ческой разности температур между водой и стенкой.

3-6. Вычислить коэффициент теплоотдачи и число Nu для усло­вий задачи 3-5, если коэффициент теплоотдачи отнести к средней логарифмической разности температур между жидкостью и стенкой. Сравнить полученные значения с результатом задачи 3-5.

3-7. Вычислить число Эйлера и коэффициент сопротивления тре­ния для условии задачи 3-5, если перепад давления по длине трубы Δр = 5,88 Па.

3-8. На воздушной модели парового котла, выполненной в масштабе 1/8 натуральной величины, производилось изучение теплоотдачи конвекцией. Для первого газохода модели  при различных скоростях воздуха были получены следующие значения коэффициента теплоотдачи:

Wм, м/с . . . . . . . .          2,0              3,14            4,65            8,8

αм, Вт/(м2 · °С) . . . . .   50,4            68,6            90,6            141

Cредняя температура воздуха, проходящего через модель, tжм = 20°С. Диаметр трубок модели dм = 12,5 мм. коэффициент теплоотдачи αм при обработке опытных данных был отнесен к средней арифметической разности температур между жидкостью и стенкой.

На основе данных, полученных на модели, найти формулу для расчета теплоотдачи конвекцией в первом газоходе котла в виде зависимости Nu = f (Rе).

 

3-9. Определить количество теплоты, передаваемой от газов к стенкам труб первого газохода котла, результаты исследования ко­торого были приведены в задаче 3-8, если известны следующие дан­ные: средняя скорость газа ω = 6 м/с; температуры дымовых газов в начале и конце первого газохода котла соответственно tж1 = 900°С и tж2 = 700°С; температура стенок труб tс = 250°С; плошадь поверх­ности нагрева газохода F = 500 м2.

В качестве определяющей температуры принять среднюю арифметическую температуру tж = 0,5 (tж1 + tж2). Состав дымовых газов: Снимок2

3-10. Нa экспериментальной установке исследовалась теплоот­дача при поперечном обтекании одиночного цилиндра воздухом. В результате опытов получены значения коэффициентов теплоот­дачи α1 и α2, Вт/(м2 · °С), для двух цилиндров диаметром соответст­венно d1 = 10 мм и d2 = 20 мм при постоянной температуре tж = 20°С и различных скоростях набегающего потока ω, м/с.

Данные опытов приведены ниже:

ω, м/с…………….……    2,0   5,0    10     10

α1, Вт/(м2 · °С)………. 39,5 71,2  106,5 165.3

α2 Вт/(м2 · °С)…………  31,2 55,6  83,4  128

Найти критериальную зависимость для теплоотдачи Nuж = СRe. Сравнить графики α1 = f1 (ω) и α2 = f2(ω).

 

3-11. Исследование тепловых потерь с поверхности горизонталь­ных паропроводов в условиях естественной конвекции проводилось на лабораторном установке, где измерения производились па гори­зонтальной трубе диаметром d = 30 мм.

Опыты проводились при различных температурах стенки трубы. При этом были получены следующие значения коэффициента тепло­отдачи:

α, Вт/(м2 · °С) ….   11,75    12,34    12,87   13,34      13,75

tС, °С……………   210      250        290      330        370

Температура окружающего воздуха tж вдали от поверхности трубы оставалась постоянной и равной 30°С.

На основании полученных опытных значений коэффициентов теплоотдачи найти обобщенную зависимость для расчета теплоотда­чи в условиях естественной конвекции. Учитывая, что критерии Рr для воздуха в широком интервале температур остается практически постоянным, зависимость искать в виде Nu = f (Gr).

При обработке опытных данных в качестве определяющей температуры принять температуру воздуха вдали от поверхности трубы.

Часть задач есть решенные, контакты


Запись опубликована в рубрике Задачи, Термодинамика и теплотехника с метками , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>