Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Контрольная работа по тепломассообмену. теплопередача и конвекция - файл контрольная тепломассообмен.docx


Контрольная работа по тепломассообмену. теплопередача и конвекция
скачать (103.7 kb.)

Доступные файлы (5):

контрольная тепломассообмен.docx38kb.17.12.2010 17:14скачать
линия падения t в стенке.bak
линия падения t в стенке.cdw
температуры.bak
температуры.cdw

содержание
Загрузка...

контрольная тепломассообмен.docx

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию

ФИЛИАЛ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

в г. Петропавловске-Камчатском
Специальность: Промышленная теплоэнергетика

Кафедра промышленной теплоэнергетики и электроснабжения


КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Тепломассообмен»

Вариант 5

Студент группы ПТЭЗС-07 ______________________ Кибиткин М.П.


Научный руководитель ___________________________ доц. Сарайкина И.П.


Петропавловск-Камчатский 2010



Задание 1. Теплопередача в многослойной плоской стенке.
Теплота дымовых газов передается через стенку котла к кипящей воде. Принимая температуру газов tж1=950℃, воды tж2=160℃, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1=70 Вт/(м2К) и от стенки к воде α2=2000 Вт/(м2К), считая стенку плоской, требуется:

  1. Подсчитать термические сопротивления ^ R, коэффициенты теплопередачи k, эквивалентные коэффициенты теплопроводности λэкв, а также количества передаваемого тепла от газов к воде через 1 м2 стенки за 1 с (т.е. плотности потока тепла q) для четырех случаев:

а) стенка стальная, чистая, толщиной δ2=14 мм, теплопроводность стали λ2= 50 Вт/(м*К);

б) стенка медная, чистая, толщиной δ2=14 мм, теплопроводность меди λ2= 350 Вт/(м*К);

в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи δ3= 9 мм, теплопроводность накипи λ3= 2 Вт/(м*К);

г) то же, что и в случае в), но поверх накипи имеется слой масла толщиной δ4=2мм, теплопроводность масла λ4= 0,1 Вт/(м*К);

д) то же, что и в случае г), но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной δ1=1мм, теплопроводность сажи λ1=0,2 Вт/(м*К)

2. Приняв плотность потока тепла для случая а) за 100%, подсчитать плотности потоков тепла для остальных случаев.

3. Определить аналитически (расчетным путем) температуры всех поверхностей слоев стенки для случая д).

4. Проверить расчетные температуры графически.

5. Построить для случая д) линию падения температуры в стенке.

Решение.

1.а) стенка стальная, чистая, толщиной δ2=14 мм, теплопроводность стали λ2= 50 Вт/(м*К).

Находим коэффициент теплопередачи стальной стенки k:

k=11α1+δстλст+1α2=1170+0,01450+12000=66,7 Вт/(м2К)

Термическое сопротивление стали R=δλ=2,8*10-4м*КВт

Плотность теплового потока в стальной стенке:

q=ktж1-tж2=66,7950-160=52693 Вт

Величина теплового потока Q численно равна плотности теплового потока q, т.к. площадь поверхности F =1 и время Δt=1.



Эквивалентный коэффициент теплопроводности λэкв в данном случае равен теплопроводности стали λ2= 50 Вт/(м*К), т.к. стенка однослойная.

1. б) стенка медная, чистая, толщиной δ2=14 мм, теплопроводность меди λ2= 350 Вт/(м*К);

k=11α1+δλ+1α2=1170+0,014350+12000=67,4 Вт/(м2К)

Rмеди=0,014350=4*10-5м*КВт

q=ktж1-tж2=67,4950-160=53270 Вт

λэкв=λмеди=350Втм*К

1.в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи δ3= 9 мм, теплопроводность накипи λ3= 2 Вт/(м*К);

k=11α1+δ2λ2+δ3λ3+1α2=1170+0,01450+0,0092+12000=51,09 Вт/(м2К)

Rнакипи=0,0092=4,5*10-3м*КВт

q=ktж1-tж2=51,09950-160=40368 Вт

λэкв=i=1nδii=1nδiλi=0,014+0,0090,01450+0,0092=4,81Втм*К

1. г) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи δ3= 9 мм, теплопроводность накипи λ3= 2 Вт/(м*К), поверх накипи имеется слой масла толщиной δ4=2мм, теплопроводность масла λ4= 0,1 Вт/(м*К);

k=11α1+δ2λ2+δ3λ3+δ4λ4+1α2=1170+0,01450+0,0092+0,0020,1+12000=25,27 Вт/(м2К)

Rмасла=0,0020,1=0,02 м*КВт

q=ktж1-tж2=25,27950-160=19964,6 Вт

λэкв=i=1nδii=1nδiλi=0,014+0,009+0,0020,01450+0,0092+0,0020,1=1,009Втм*К

1.д) то же, что и в случае г), но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной δ1=1мм, теплопроводность сажи λ1=0,2 Вт/(м*К).

Коэффициент теплопередачи в такой многослойной стенке



k=11α1+δ2λ2+δ3λ3+δ4λ4+δ1λ1+1α2=1170+0,01450+0,0092+0,0020,1+0,0010,2+12000=22,44 Вт/(м2К)

Rсажи=0,0010,2=5*10-3 м*КВт

q=ktж1-tж2=22,44950-160=17729 Вт

λэкв=i=1nδii=1nδiλi=0,014+0,009+0,002+0,0010,01450+0,0092+0,0020,1+0,0010,2=0,873Втм*К

  1. Примем плотность потока тепла для случая а) за 100%, подсчитаем плотности потоков тепла для остальных случаев:

qа=52693=100%,

qб=53270=101,1%,

qв=40368=76,6%,

qг=19964,6=37,9%,

qд=17729=33,6%.

3. Определим расчетным путем температуры всех поверхностей слоев стенки для случая д), для этого используем следующее уравнение:

tсi+1=tж1-q1α1+i=1iδiλi

а) температура на поверхности стенки со стороны газов

tс1=tж1-q1α1=950-17729170=696,7℃

б) температура на границе между слоем сажи и сталью

tс2=950-17729170+0,0010,2=608,08℃

в) температура на границе между стальной стенкой и слоем накипи

tс3=950-17729170+0,0010,2+0,01450=603,1℃

г) температура на границе между слоем накипи и слоем масла

tс4=950-17729170+0,0010,2+0,01450+0,0092=523,3℃

д) температура на поверхности стенки со стороны воды

tс5=tж2+q1α2=160+1772912000=168,9℃

4. Проверим расчетные температуры графически.

Получили tс1=697,8℃; tс2=609℃; tс3=604℃; tс4=524℃; tс5=168,9℃.



5. Построим для случая д) линию падения температуры в стенке.


Задание 2. Конвективный теплообмен и теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку.

По горизонтальному стальному трубопроводу (рис.1), с внутренним и наружным диаметром соответственно D1 = 25мм и D2 = 32мм движется вода со средней скоростью wж1 = 0,03м/с. Средняя температура воды tж1 = 140℃. Трубопровод изолирован асбестом и охлаждается посредством естественной конвекции сухим воздухом с температурой tж2 = 22℃. Определить наружный диаметр изоляции, при котором на внешней поверхности изоляции устанавливается температура tст3 = 44℃. Определить линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху k1 (Вт/м2К), потери теплоты с одного погонного метра трубопровода ql (Вт/м), а также температуру наружной поверхности стального трубопровода tст2.

Рассчитать, целесообразно или нет применять в качестве теплоизоляционного материала асбест? Приводит ли асбестовая изоляция к уменьшению теплового потока с поверхности трубопровода?

Применять следующие упрощающие предположения:

- течение воды в трубопроводе термически стабилизированное;

- между наружной поверхностью стального трубопровода и внутренней поверхностью изоляции существует идеальный тепловой контакт;

- считать, что теплопроводность стали λ1=50 Вт/м*К и асбеста λ2= 0,12 Вт/м*К не зависит от температуры.

Наружный диаметр изоляции должен быть рассчитан с такой точностью, чтобы температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной не более чем на 0,1℃.


Решение.

  1. Определим режим течения жидкости

Reж1=w*Dν=0,03*0,0250,169*10-6=4437,9

Режим переходный.

  1. Найдем коэффициент теплоотдачи α1, для этого сначала рассчитаем число Нуссельта

Nuж1=0,116Reж123-125Prж113μж1μст10,14=0,1164437,923-1251,2613200,9*10-6359*10-60,14=16,755

^ Т.к. температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся значением

tc1=0,5tж1+tж2=0,5140+22=81℃, при этой температуре μст1=2,184

Отсюда α1=Nuж1λж1D1=16,7550,6850,025=459,1Втм2К

  1. Найдем α2:

Первое приближение; теплообмен между наружной поверхностью изоляции и воздухом – это свободная конвекция. Для этого случая критериальное уравнение такое:

Nuж2=0,54(Grж2*Prж2)0,25

а) определяющая температура здесь-это средняя величина между

температурой воздуха и температурой поверхности изоляции:

t=0,522+44=33℃

б) труба расположена горизонтально и при свободной конвекции обтекается воздухом поперечно. При таком обтекании характерный размер – наружный диаметр изоляции, который пока неизвестен, поэтому в первом приближении будем считать l=2D2.

Grж2=gl3ν2β∆t=9,8*0,064315,25*10-62*0,00328*22=797118,4

Nuж2=0,54(797118,4*0,702)0,25=14,77

α2=Nuж2λж2l=14,770,02590,064=6Втм2К

  1. Найдем наружный диаметр изоляции D3.

D3=q1πα2tст3-tж2=27086,93,14*6*22=65,4 мм

q1=α1tc-tж2=459,181-22=27086,9 Вт/м2

  1. Определим линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху:

kl=11α1D1+12λ1lnD2D1+12λ2lnD3D2+1α2D3=11459,1*0,025+12*50ln0,0320,025+12*0,12ln0,06540,032+16*0,0654=0,178Втм2К

  1. Определим потери теплоты с одного погонного метра трубопровода:

ql=klπtж1-tж2=0,178*3,14140-22=66Втм

  1. Определим температуру наружной поверхности стального трубопровода:

tст2=tст1-qlπR1=140-663,140,00247=139,9℃

R1=12λ1lnD2D1=12*50ln0,0320,025=0,00247 (м*К)/Вт

  1. Рассчитаем эффективность асбестовой изоляции. Для этого найдем потери теплоты с неизолированного стального трубопровода:

ql=π(tж1-tж2)R=3,14(140-22)0,00247=150008,1 Вт/м

и сравним его с найденной ранее величиной потерь с изолированного трубопровода. Очевидно, что изоляция асбестом в данном случае весьма эффективна.




Скачать файл (103.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации