Теплопередача ТТ.4 Глава 6

Помощь он-лайн только по предварительной записи

TT.4 Глава шестая. Краснощёков

Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании цилиндра и пучка труб

Часть задач есть решенные, контакты

6-1. Медный шинопровод круглого сечения диаметром d = 15 мм охлаждается поперечным потоком сухого воздуха (рис. 6-1). Ско­рость и температура набегающего потока воздуха равны соответст­венно: ω = 1 м/с;  tж = 20°С.

Вычислить коэффициент теплоотдачи от поверхности шинопровода к воздуху и допустимую силу тока в шинопроводе при условии, что температура его поверхности не должна превышать tc = 80°С.

Удельное электрическое сопротивление меди ρ = 0,0175 Ом · мм2/м.

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 останутся теми же, что в задаче 6-1?

6-5. Как изменятся коэффициент теплоотдачи от поверхности шинопровода и допустимая сила тока, если диаметр шинопровода уменьшить в 2 раза, а все другие условия оставить теми же, что и в задаче 6-1.

6-4. Водяной калориметр, имеющий форму трубки с наружным диаметром d = 15 мм помещен в поперечный поток воздуха. Воздух имеет скорость ω = 2 м/с, направленную под углом 90° к оси кало­риметра, и среднюю температуру tж = 20° С. При стационарном теп­ловом режиме на внешней поверхности калориметра устанавливается постоянная средняя температура tс = 80°С.

Вычислить коэффициент теплоотдачи от трубки к воздуху и тепловой поток на единицу длины калориметра.

6-5. Как изменится коэффициент теплоотдачи в условиях зада­чи 6-4, если скорость воздуха увеличить в 2 и 4 раза?

6-6. Как изменится коэффициент теплоотдачи в условиях задачи 6-4, если воздух омывает трубку под углом атаки ψ = 60° (рис. 6-2), а все другие условия останутся без изменений?

6-7. Цилиндрическая трубка диаметром d = 20 мм охлаждается поперечным потоком води. Скорость потока ω = 1 м/с.

Средняя температура воды tж = 10°С и температура поверхно­сти трубки tс = 50° С.

Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности трубки к охлаждающей воде.

6-8. Сравнить коэффициенты теплоотдачи от стенки трубы к воздуху:

а) при движении воздуха внутри длинной трубы внутренним диаметром dв = 50 мм;

б) при внешнем поперечном обтекании одиночной трубы наруж­ным диаметром dн = 50 мм.

Сравнение произвести для скоростей ω = 5; 10;      20 и 50 м/с.

Среднюю температуру воздуха по всех случаях принять равной tж = 50°С.

6-9. Труба с внешним диаметром d = 25 мм охлаждается по­перечным потоком трансформаторного масла. Скорость движения и средняя температура масла равны соответственно: ω = 1 м/с и tж = 20°С.

Определить, какую температуру поверхности трубы необходимо поддерживать, чтобы плотность теплового потока составляла q = 4,5 · 104 Вт/м2, и каково при этом будет значение коэффициента теплоотдачи.

6-10. Охлаждение трубы поперечным потоком трансформаторного масла осуществляется при тех же условиях, что и в задаче 6-9. Од­нако по условиям охлаждения необходимо, чтобы плотность тепловою потока на поверхности трубки не превышала 3,5 · 104 Вт/м2.

Какая при этом должна быть температура поверхности трубы и какое значение будет иметь коэффициент теплоотдачи?

6-11. Определить отношение коэффициентов теплоотдачи при поперечном обтекании одиночного цилиндра капельной жидкостью в условиях нагревания (αи) и охлаждения (α) жидкости.

Сравнение произвести при одинаковых скоростях, средних температурах жидкости и одинаковых температурных напорах.

6-12. Сравнить значение коэффициентов теплоотдачи при попереч­ном обтекании трубки диаметром d = 8 мм водой и маслом марки МС.

Сравнение произвести при одинаковых скоростях и средних тем­пературах жидкостей, равных соответственно ω = 2 м/с и tж = 70°С, и при температуре поверхности трубки tс = 90°С.

Определить также, как изменятся значения коэффициентов теп­лоотдачи для воды п масла, если при тех же средней температуре жидкости и температурном напоре будет производиться охлаждение жидкости tж = 70°С и tс = 50°С).

6-13. Определить средний коэффициент теплоотдачи конвекцией от поперечного потока дымовых газов следующего объемного состава:  = 0,11;       = 0,13         и       = 0,76 к стенкам труб котельного пучка. Трубы диаметром d = 80 мм рас­положены в шахматном порядке. Поперечный и продольный шаги труб равны соответственно: s1 = 2,5 d; s2 = 2d. Средняя скорость потока газов в узком сечении пучка ω = 10 м/с.

По направлению потока газа пучок состоит из четырех рядов труб с одинаковой поверхностью (рис. 6-4).

Температура газа перед пучком tж1 = 1100°С, за пучком tж2 = 900°С. Загрязнение поверхности труб не учитывать.

6-14. Как изменится среднее значение коэффициента теплоотда­чи и пучке, если в условиях задачи 6-13 число рядов по ходу газов увеличить в 2, 3, 4 и 5 раз, а все другие данные оставить неизмен­ными?

6-15. Воздухоподогреватель представляет собой шахматный пучок труб, который обтекается поперечным потоком воздуха. Диаметр труб d = 50 мм. Поперечный шаг s1 = 100 мм, продольный шаг s2 =  200 мм. Средние температуры потока воздуха и наружной поверхности труб в пучке равны соответственно:  tж = 100°С  и tс = 200°С.

Построить зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости
движения воздуха в узком сечении пучка. Интервал скоростей
взять в пределах от 5 до 20 м/с.

Число рядов по ходу газов n > 20 и влиянием на среднюю теплоотдачу первых двух рядов можно пренебречь.

6-16. Сравнить коэффициенты теплоотдачи для третьего ряда труб по ходу воздуха для двух воздухоподогревателей, конструктив­но выполненных в виде трубных пучков с шахматным расположе­нием труб. Оба пучка обтекаются поперечными потоками воздуха с одинаковой скоростью ω = 10 м/с и средней температурой потока tж = 100°С. Диаметры труб в пучках соответственно равны: d1 = 50 мм и d2 = 25 мм. Сравнение провести при одинаковом для обо­их воздухоподогревателей отношении шагов s1/s2.

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 одинаковых для обоих подогрева­телей относительных шагах s1/d и s2/d; б) при одинаковых значениях поперечного и продольного шагов s1 и s2.

6-18. В теплообменнике шахматный лучок труб обтекается по­перечным потоком трансформаторного масла. Внешний диаметр труб в пучке d = 20 мм. Поперечный шаг s1 = 2,5 d, продольный шаг s2 = 1,5 d. Средняя скорость в узком сечении пучка и средняя темпера­тура масла соответственно равны: ω = 0,6 м/с и tж = 40°С.

Найти коэффициент теплоотдачи от поверхности труб к маслу для третьего ряда труб пучка при условии, что температура поверхности труб tс = 90° С.

Вычисления произвести для двух случаев:

а) поток обтекает трубы под углом атаки ψ = 90°;

б) поток обтекает трубы под углом атаки ψ =60°.

6-19. Как изменится коэффициент теплоотдачи для третьего ря­да труб в условиях задачи 6-18, если пучок труб будет обтекаться поперечным потоком воды, а все остальные условия останутся без изменений (d = 20 мм; ω = 0,6 м/с; tж = 40°С; tс = 90°С)?

Сравнение произвести при тех же углах атаки, т. е. при ψ = 90 и 60°.

6-20. Как изменится коэффициент теплоотдачи третьего ряда труб при поперечном обтекании шахматного пучка трансформатор­ным маслом и подои 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 = 0,6м/с). Сравнение произвести для угла атаки ψ = 90°.

6-21. Сравнить значеная коэффициентов теплоотдачи при по­перечном обтекании третьего ряда коридорного пучка труб (αк) и одиночной трубы (αтр) при изменении числа Rеж от 1 · 103 до 1 · 105.

Сравнение произвести при числе Рr = 1 для труб одного диа­метра прн одинаковых температурах жидкости и поверхностей труб. Поправочный коэффициент εs принять равным 1.

6-22. Трубчатый воздухоподогреватель предполагается выпол­нить из труб диаметром d = 38 мм, расположенных в коридорном порядке с поперечным и продольным шагами s1 = s2 = 2,5 d. Число труб и одном ряду поперек потока выб­рано m = 8, число рядов n = 6 (рис. 6-6).

Температуры воздуха, посту­пающего в подогреватель, tж1 = 20°С и на выходе из подогре­ватели tж2 = 80°С. Температура наружной поверхности труб зада­на и равна tс = 150°С.

Какой длины должны быть трубы, чтобы при скорости возду­ха в узком сечении пучка ω = 10 м/с количество теплоты, передаваемой воздуху, составило Q = 125 кВт.

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.

6-24. В теплообменнике шахматный пучок труб обтекается по­перечным потоком натрия. Внешний диаметр труб d = 20 мм. Сред­няя скорость набегающего потока и средняя температура натрия соответственно равны: ω = 1 м/с, tж = 250°С.

Определить средний коэффициент теплоотдачи от труб к натрию и среднее значение плотности теплового потока на поверхности труб при условии, что средняя температура наружной поверхности труб tс = 256°С.

6-25. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности труб к натрию в теплообменнике, рассмотренном в задаче 6-24, если ско­рость набегающего потока и средняя температура натрия соответ­ственно равны: ω = 0,8 м/с; tж = 300°С. Найти также количество теплоты, воспринимаемой натрием, если средняя температура поверх­ности труб tс = 305°С и пучок состоит из n = 56 труб длиной l = 1 м.

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>