Задачи

Задача № 1-1

Камера сгорания выполнена из шамотного кирпича (λ_к = 0,9 Вт/(мК)) толщиной δ_к = 250 мм. Снаружи стенки камеры изолированы двойным слоем изоляции. Первый слой изоляции (λ_из1 = 0,08 Вт/(м·К)) толщиной δ_из1 = 265 мм, второй наружный слой изоляции (λ_из2 = 0,15 Вт/(м·К)) толщиной δ_из2 = 135 мм. Температура стенок t_c2, = 1170 ^оС, t_c3 = 290 ^оС. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к кирпичной стенке α₁ = 60 Вт/(м²·К), а от наружной поверхности изоляции к воздуху помещения α₂ = 10 Вт/(м²·К)

Определить коэффициент теплопередачи, плотность теплового потока (если она не задана), температуры теплоносителей и температуры на границе слоев обмуровки, считая контакт между слоями идеальным.

Определить также термические сопротивления теплоотдачи и теплопроводности для каждого слоя (R_t) и соответствующие им перепады температур (∆t).

Изобразить графически изменение температуры по толщине слоев и в пограничных слоях. Масштаб по толщине слоев и по температуре выбрать самостоятельно.

Результаты расчетов необходимо занести в табл. 1.1.

 

 

 

Задача № 1-2

Определить линейную плотность теплового потока для трубки парового котла (λ_т = 40 Вт/(м·К)), если внутренний диаметр паропровода d_вн = 38 мм, наружный — d_нар = 46 мм. Наружная сторона трубки омывается дымовыми газами с температурой t_ж1 = 950 ^оС, а внутри трубок движется вода с температурой t_ж2 = 260 ^оС. Снаружи трубка покрыта слоем сажи (λ_с = 0,07 Вт/(м·К)) толщиной 1,5 мм, а с внутренней стороны — слоем накипи (λ_н = 0,15 Вт/(м·К)) толщиной 2,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки α₁ = 250 Вт/(м²·К), а со стороны воды α₂ = 3000 Вт/(м²·К).

Определить также температуры на поверхностях трубки, сажи и накипи. Как изменится линейная плотность теплового потока для «чистой» трубки (без сажи и накипи) при прочих неизменных условиях.

Изобразить график изменения температуры по толщине слоев стенки трубки, сажи и накипи и в пограничных слоях (график выполнить в масштабе).

 

Задача 1-3

Определить температуру в центре и на поверхности стальной пластины толщиной 2δ = 80 мм через время τ = 20 мин после погружения в горячее масло с температурой t_ж = 110 ^оС поддерживаемой постоянной, с коэффициентом теплоотдачи α = 250 Вт/(м²·К). Для стали с коэффициентом теплопроводности λ = 30 Вт/(м·К)), удельной теплоемкостью с_р = 390 Дж/кг·К, плотностью ρ = 7600 кг/м³, одинаковой по толщине начальной температурой t_о = 20 ^оС,  если толщина пластины во много раз меньше ее ширины и длины. Найти также среднюю по массе температуру пластины.

 

Задача 1-4

Определить тепловой поток, характеризующий конвективную теплоотдачу к струе жидкости, протекающей по каналу длиной 3 м. Обосновать выбор расчетного уравнения, применяемого при решении задачи.

Исходные данные: температура стенки трубы t₁ = 90 ^оС, средняя температура воздуха t_в = 30 ^оС, средняя скорость воздуха w = 4 м/с, размер канала: a = 30 мм, b = 40 мм, форма канала:

 

Задача 1-5

Определить тепловой поток, характеризующий конвективную теплоотдачу от поверхности объекта — трубы заданного диаметра d = 0,15 длиной 4,0 м. Обосновать выбор безразмерного уравнения, примененного для решения задачи.

Исходные данные: вблизи горизонтальной трубы, температура на поверхности трубы t_с = 15 ^оС, температура воды t_в = 10 ^оС.

 

 

ЗАДАЧА № 1-6

В муфельную печь, имеющую форму параллелепипеда, помещена заготовка. Определить результирующий тепловой поток излучением, поступающий от обмуровки печи на заготовку.

Исходные данные: температура стенок печи t_c = 800, температура заготовки t_з = 50 ^оС, степень черноты поверхности печи ε_п = 0,9, размер заготовки F = 0,4 м².

 

ЗАДАЧА № 1-7

Через газоход проходят продукты сгорания, содержащие водяной пар и двуокись углерода. Общее давление смеси 0,1 МПа. Определить плотность результирующего теплового потока от продуктов сгорания к стенкам газохода.

Исходные данные: температура продуктов сгорания t_c = 900, температура стенок газохода t_з = 300 ^оС, степень черноты стенок газохода ε_п = 0,75, объемное содержание водяного пара 7 %, объемное содержание двуокиси углерода 10 %, размеры газохода a = 0,5 м, b = 0,6 м, форма:

 

 

ЗАДАЧА № 1-8

Определить площадь поверхности нагрева рекуперативного теплообменника, среднюю разность температур теплоносителей, расходы и расходные теплоемкости обоих теплоносителей. Изобразить схематично график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности нагрева теплообменника. Для перекрестного или сложного движения теплоносителей график изображается как для противотока. На схеме укажите значения температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника.

Движение теплоносителей противоточное, теплоносители насыщенный водяной пар и вода, коэффициент теплопередачи К = 2000 Вт/м²·К, расход пара G₁ =  6 кг/с, температура воды начальная t₂^` = 30 ^оС, конечная t₂^« = 160 ^оС, давление греющего пара Р = 10 бар.