Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
______________________________(РГУПС)______________________________
Теоретические основы теплотехники, часть 2
2014
Общие методические указания к выполнению курсовой работы
Перед выполнением курсовой работы следует внимательно изучить соответст вующие разделы лекционного курса. Выполнение работы целесообразно начать с ответов на контрольные вопросы, а затем решать соответствующие задачи (сами вопросы и условия задач должны быть приведены в пояснительной записке).
Ответы на контрольные вопросы должны быть развернутыми, их следует сопро вождать необходимыми формулами, графиками и схемами. При решении задач сле дует указывать, по каким формулам и в каких единицах измерений определяются величины, откуда взяты подставленные в формулы значения.
При использовании таблиц, номограмм, эмпирических формул и других спра вочных материалов нужно сделать ссылку на литературный источник.
Вычисления всех величин приводятся в развернутом виде. Решение задач нужно иллюстрировать схемами и графиками, приведенными в соответствующих местах пояснительной записки, которая обязательно должна иметь поля. При решении за дач все числовые расчеты следует выполнять в системе СИ.
Рекомендуемая литература.
|
1 |
Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М. Энергоатомиздат, 1988 |
|
2 |
О.Н. Брюханов, С.Н. Шевченко Тепломассообмен: учебное пособие. –М.: Изд-во АСВ, 2005. |
|
3 |
Теоретические основы теплотехники, под ред. Э.И. Гуйго. – М.: Агоропромиздат, 1986. |
|
4 |
М.А. Михеев, И.М. Михеева Основы теплопередачи. – М.:Энергия, 1977. |
|
5 |
Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент, справочник, под ред. В.А. Григорьева, И.В. Зорина. –М.: Энергоиздат 1982 |
|
6 |
Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М., Энергия, 1975. |
Контрольные вопросы
пространстве.
внутри труб.
Закон Бугера.
Задачи
Задача №1 Стальная плита неограниченной протяженности толщиной 2δ, равномерно прогретая до температуры tнч помещена в воздушную среду с температурой tж, коэффициент теплопроводности стали λ, удельная теплоемкость: с = 0,49 кДж/кг 0С, плотность стали: ρ = 7800 кг/м3. Коэффициент теплоотдачи от поверхностей плиты α. Определить температуры в центре, на поверхности плиты, а также на расстоянии 0,5δ от центра, через τ часов после начала охлаждения. Построить график распределения температуры в плите.
Задача №2 Длинный стальной вал диаметром d0 , имевший начальную температуру tнч , помещен в печь с температурой tж, Определить время, по истечении которого температура на оси вала станет равна t1. Определить также для этого момента времени температуры на поверхности и на расстоянии 0,25d0 от оси. Построить график распределения температур в теле вала. Коэффициент теплоотдачи на поверхности вала α, коэффициент теплопроводности стали λ, коэффициент температуропроводности а = 6,1∙10-6 м2/с.
Задача №3 Стальная болванка цилиндрической формы диаметром d0 и длиной l равномерно нагрета до температуры tнч . Болванка охлаждается в воздухе, температура которого tж. Определить температуры в центре болванки и в центре торцевой поверхности. Коэффициент теплоотдачи от поверхности болванки α, коэффициент теплопроводности стали λ, коэффициент температуропроводности а = 6,5∙10-6 м2/с.
Задача №4 Стальная плита неограниченной протяженности толщиной 2δ, равномерно прогретая до температуры tнч охлаждается с одной стороны воздухом, температура которого tж, другая поверхность пластины теплоизолирована. Коэффициент теплоотдачи от поверхностей плиты α. Определить температуры в центре, на поверхностях плиты, а также на расстоянии 0,5δ и 1,5 δ от охлаждаемой поверхности через 1,2 часа после начала охлаждения. Построить график распределения температуры в плите. Коэффициент теплопроводности стали λ, удельная теплоемкость: с = 0,45 кДж/кг 0С, плотность стали: ρ = 7500 кг/м3.
Задача №5 Стальная плита неограниченной протяженности толщиной 2δ, имеющая начальную температуру tнч помещена в печь где происходит односторонний обогрев (вторую поверхность считать теплоизолированной). Температура в печи – tж, коэффициент теплоотдачи к поверхностей плиты α. Определить температуры в центре, на поверхностях плиты, а также на расстоянии 0,5δ и 1,5 δ от обогреваемой поверхности, через 1,5 час после начала охлаждения. Построить график распределения температуры в плите. Коэффициент теплопроводности стали λ, удельная теплоемкость: с = 0,5 кДж/кг 0С, плотность стали: ρ = 8000 кг/м3.
Задача №6 Определить длину участка тепловой стабилизации в трубе в условиях постоянной по длине трубы температуре стенки tст, если по трубе движется вода со скоростью w, средняя температура воды tж, внутренний диаметр, трубы d. Определить также коэффициент теплоотдачи на основном участке трубы.
Задача №7 Определить длину участка тепловой стабилизации в трубе в условиях постоянной по длине трубы температуре стенки tст, если по трубе движется трансформаторное масло со скоростью w, средняя температура масла tж, внутренний диаметр, трубы d. Определить также коэффициент теплоотдачи на основном участке трубы.
Задача №8 По трубе диаметром d течет вода со средней скоростью 1,5 м/с. Температура воды на входе в трубу Тж1, а средняя по длине температура внутренней поверхности трубы Тст= 370 К. На каком расстоянии от входа температура нагреваемой воды достигнет Тж2.
Задача №9 Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки конденсатора паровой турбины к охлаждающей воде, количество передаваемой теплоты и длину трубки, если средняя по длине температура внутренней поверхности трубки Тст = 308 К, внутренний диаметр трубки d, температуры воды на входе и выходе из трубки Тж1 и Тж2, а средняя скорость воды в трубке v.
Задача №10 Найти соотношение между средними коэффициентами теплоотдачи для двух трубных пучков: а) с шахматным расположением труб; б) с коридорным расположением труб. Оба пучка омываются поперечным потоком воздуха со средней температурой tж и скоростью в наиболее узком сечении пучка w, число рядов труб в обоих пучках – N. Диаметры труб в обоих пучках одинаковы и равны d, шаги труб также одинаковы и равны s1 и s2.
Задача № 11 Найти соотношение между тепловыми потоками, которые передаются в двух трубных пучков: а) с шахматным расположением труб; б) с коридорным расположением труб. Оба пучка омываются поперечным потоком трансформаторного масла со средней температурой tж и скоростью в наиболее узком сечении пучка w, число рядов труб в обоих пучках – N. Диаметры труб в обоих пучках одинаковы и равны d, шаги труб также одинаковы и равны s1 и s2. Средняя температура наружной поверхности труб – tст.
Задача №12 По трубе диаметром d течет воздух при давлении р = 0,1 МПа. Часовой расход воздуха М кг/ч, температура воздуха на входе в трубу Тж1= 300 К. Средняя по длине температура внутренней поверхности трубы Тст= 400 К. Определить на каком расстоянии от входа температура воздуха станет равной Тж2 = 330 К.
Задача №13 Ртутный термометр, предназначенный для измерения температуры потока воздуха, движущегося в трубопроводе со скоростью w, расположен под прямым углом к направлению потока. Средняя температура воздуха в трубопроводе tж , температура термометра в месте, где он проходит через стенку трубопровода t1. Наружный диаметр термометра d, толщина стенок стеклянной трубки δ = 2 мм, коэффициент теплопроводности стекла λ = 1,0 Вт/мК. Определить погрешность в показаниях термометра за счет отвода теплоты вдоль термометра, если глубина погружения термометра в поток l. При решении задачи не учитывать лучистый теплообмен между термометром и стенками трубопровода.
Задача №14 Медный электрический провод диаметром d1, покрытый резиновой изоляцией толщиной δ, охлаждается потоком сухого воздуха. Скорость и температура набегающего потока воздуха – w и tж , угол между направлением потока и осью провода φ = 450. Вычислить допустимую силу тока в проводе, если температура резиновой изоляции не должна превышать tмах. Определить также критический диаметр изоляции. Удельное электрическое сопротивление меди ρ = 0,018 Ом∙мм2/м, коэффициент теплопроводности резины λ = 0,15 Вт/мК.
Задача №15 Температура горизонтального неизолированного нихромового провода диаметром d не должна превышать tст. Найти максимально допустимую силу тока, если температура окружающего воздуха tж, удельное электрическое сопротивление нихрома ρ = 1,2 Ом∙мм2/м, а степень черноты поверхности провода ε.
Задача №16 Продукты сгорания органического топлива заполняют камеру нагревательной печи, имеющую размеры основания А х Б и высоту h. Определить поток собственного излучения газов на стенки печи, если газы содержат в объемных процентах СО2 и Н2О, полное давление газов р = 0,102 МПа, температура tг.
Задача №17 Водяной пар с температурой tп при давлении р = 0,102 МПа транспортируется по трубопроводу диаметром d и длиной l = 10 м. Внутренняя поверхность трубопровода отполирована и имеет степень черноты ε. Определить плотность теплового потока, отводимого от пара излучением, если температура поверхности трубопровода tст.
Задача №18 Цилиндрическая камера сгорания диаметром D и длиной l заполнена светящимся факелом жидкого топлива со средней температурой газов tг= 1000 0С. Считая излучение факела серым со степенью черноты εф= 0,6 определить тепловой поток, воспринимаемый боковой поверхностью камеры сгорания. Металлическая стенка камеры сгорания охлаждается водой и имеет температуру tст и степень черноты εст.
Задача № 19 Определить плотность теплового потока излучением между двумя расположенными на близком расстоянии параллельными пластинами, у которых степени черноты поверхностей равны e1 и e2, а температуры соответственно Т1 и Т2. Во сколько раз уменьшится плотность теплового потока, если между пластинами поместить тонкий металлический экран, у поверхностей которого степень черноты eэ = 0,20.
Задача №20 Определить площадь теплообменной поверхности противоточного водо-водяного теплообменника, если греющая вода поступает в него с температурой, а удаляется с температурой Расход греющей воды М1 кг/час. Расход нагреваемой воды М2 кг/час и её температура на входе в теплообменник. Коэффициент теплопередачи от горячей воды к холодной k = 1500 Вт/м2×К. Как изменится площадь поверхности теплообмена, если противоток изменить на прямоток. Построить графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена для противотока и прямотока.
Задача №21 В пароводяном теплообменнике вода нагревается сухим насыщенным паром с давлением р. Температура нагреваемой воды на входе в теплообменник, а на выходе . Расход воды М2 . Определить количество передаваемой теплоты и площадь теплообменной поверхности, если коэффициент теплопередачи от пара к воде k = 2500 Вт/м2×К. Как изменится площадь поверхности теплообмена, если противоток изменить на прямоток. Построить график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.
Задача №22 При реконструкции воздухонагревателя гладкие трубы наружным диаметром d и толщиной стенки δ = 1,5 мм заменили трубами такого же диаметра и толщины, но оребренными. Ребра круглые наружный диаметр их D, а толщина δр. Определить во сколько раз увеличится тепловой поток от 1 погонного метра трубы к воздуху, если внутри трубы конденсируется пар с давлением р и коэффициент теплоотдачи α1 = 11000 Вт/м2К, а средняя температура воздуха tв и коэффициент теплоотдачи к воздуху α2 = 50 Вт/м2К.
Задача №23 Нагревательный прибор имеет плоскую оребренную поверхность. Основание плоскости – В, высота – Н. Ребра плоские вертикальные, высота ребра – h, толщина ребра – δ, шаг ребер – s, коэффициент теплопроводности материала ребер – λ = 45 Вт/мК. Температура поверхности нагревателя у основания ребер – tст , температура окружающего воздуха – tж. Определить тепловой поток, передаваемый от нагревателя к воздуху и построить график изменения температуры по высоте ребра.
Задача №24 Многорядный коридорный оребренный пучок труб обдувается потоком воздуха. Продольный шаг труб равен поперечному S1 = S2 = 60 мм. Трубы и ребра латунные, наружный диаметр труб d, ребра круглые, наружный диаметр ребер D, шаг ребер sр. Число рядов труб по ходу воздуха 8. Скорость движения воздуха – w, средняя температура tж. Определить коэффициент теплоотдачи, приведенный к полной оребренной поверхности и к наружной поверхности несущей трубы.
Указание: при расчете среднего коэффициента теплоотдачи пучка оребренных труб рекомендуется использовать обобщенное уравнение В.Ф. Юдина:
Nu ж,l = 0,20∙ cz ∙ cs ∙Renж, l∙ φ-0,7 ∙Prж0,7.
cz – поправка на число рядов (при z >4, cz = 1); cs – поправка, учитывающая влияние относительного продольного шага труб (при s2/d > 2, cs = 1); φ – наружная степень оребрения, φ = Fор /Fн , Fор – полная оребренная поверхность, Fн – наружная поверхность несущей трубы; n = 0,65∙φ 0,07 (при Re ж,l = 1,3∙104 … 2∙105); определяющий размер в числах Рейнольдса и Нуссельта определяется по формуле: ,
Fмр – площадь поверхности межреберных участков; Fр – площадь поверхности ребер.
Таблица 1 – Исходные данные для решения задач.
|
Номер задачи |
Параметр |
Единица измерения |
Номер варианта |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|||
|
1 |
δ |
мм |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
tнч |
ОС |
1000 |
1100 |
1200 |
900 |
800 |
700 |
|
|
tж |
ОС |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
|
|
α |
Вт/м2К |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
|
|
τ |
час |
1,2 |
1,1 |
1,0 |
0,9 |
0,85 |
0,8 |
|
|
λ |
Вт/мК |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
|
|
2 |
d0 |
мм |
80 |
60 |
100 |
110 |
70 |
90 |
|
tнч |
ОС |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
|
tж |
ОС |
800 |
850 |
900 |
950 |
1000 |
1100 |
|
|
t1 |
ОС |
500 |
550 |
600 |
650 |
700 |
750 |
|
|
α |
Вт/м2К |
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
|
|
λ |
Вт/мК |
48 |
44 |
40 |
36 |
32 |
28 |
|
|
3 |
d0 |
мм |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
|
tнч |
ОС |
900 |
950 |
1000 |
1050 |
1100 |
1150 |
|
|
tж |
ОС |
10 |
15 |
25 |
35 |
45 |
55 |
|
|
l |
мм |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
|
|
α |
Вт/м2К |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
|
|
λ |
Вт/мК |
18 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
|
|
4 |
δ |
мм |
35 |
45 |
55 |
65 |
60 |
50 |
|
tж |
ОС |
5 |
10 |
12 |
17 |
21 |
29 |
|
|
tнч |
ОС |
600 |
630 |
660 |
690 |
720 |
750 |
|
|
α |
Вт/м2К |
28 |
32 |
36 |
40 |
44 |
48 |
|
|
λ |
Вт/мК |
31 |
41 |
51 |
47 |
43 |
39 |
|
|
5 |
tнч |
ОС |
25 |
35 |
45 |
50 |
55 |
60 |
|
tж |
ОС |
700 |
750 |
770 |
800 |
840 |
880 |
|
|
α |
Вт/м2К |
90 |
105 |
115 |
125 |
135 |
145 |
|
|
λ |
Вт/мК |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
32 |
|
|
δ |
мм |
30 |
40 |
50 |
25 |
20 |
60 |
|
|
6 |
tст |
ОС |
140 |
130 |
120 |
110 |
100 |
90 |
|
tж |
ОС |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
|
|
w |
м/с |
0,1 |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,18 |
0,2 |
|
|
d |
мм |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
7 |
tст |
ОС |
70 |
65 |
60 |
50 |
40 |
30 |
|
tж |
ОС |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
|
|
w |
м/с |
0,15 |
0,18 |
0,2 |
0,24 |
0,28 |
0,3 |
|
|
d |
мм |
27 |
25 |
23 |
21 |
19 |
17 |
|
|
8 |
d |
мм |
40 |
42 |
45 |
48 |
51 |
55 |
|
Тж1 |
К |
280 |
290 |
300 |
310 |
320 |
330 |
|
|
Тж2 |
К |
315 |
325 |
320 |
335 |
345 |
350 |
|
|
9 |
w |
м/с |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
|
Тж1 |
К |
275 |
278 |
280 |
285 |
290 |
295 |
|
|
Тж2 |
К |
288 |
289 |
290 |
292 |
295 |
302 |
|
|
d |
мм |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
|
|
10 |
tж |
ОС |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
|
w |
м/с |
18 |
15 |
13 |
10 |
8 |
6 |
|
|
d |
мм |
25 |
28 |
30 |
33 |
35 |
38 |
|
|
N |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
s1 = s2 |
мм |
35 |
45 |
48 |
50 |
55 |
60 |
|
|
11 |
tж |
ОС |
120 |
110 |
100 |
80 |
90 |
70 |
|
w |
м/с |
3,0 |
3,7 |
3,3 |
3,5 |
3,9 |
2,8 |
|
|
d |
мм |
50 |
46 |
41 |
43 |
37 |
33 |
|
|
N |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
tст |
ОС |
90 |
80 |
60 |
70 |
50 |
40 |
|
|
s1 = s2 |
мм |
75 |
70 |
66 |
62 |
58 |
51 |
|
|
12 |
М |
кг/час |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
130 |
|
d |
мм |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
|
|
13 |
tж |
ОС |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
130 |
|
w |
м/с |
14 |
16 |
18 |
12 |
20 |
22 |
|
|
d |
мм |
28 |
32 |
35 |
38 |
44 |
48 |
|
|
t1 |
ОС |
40 |
40 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
|
l |
м |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
|
|
14 |
tж |
ОС |
18 |
22 |
28 |
30 |
35 |
40 |
|
w |
м/с |
10,5 |
11,5 |
12,5 |
13,5 |
15,0 |
17,0 |
|
|
d |
мм |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
|
|
tмах |
ОС |
65 |
70 |
75 |
80 |
85 |
88 |
|
|
δ |
мм |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,5 |
|
|
15 |
tж |
ОС |
20 |
30 |
40 |
45 |
50 |
55 |
|
ε |
- |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,48 |
0,5 |
0,54 |
|
|
d |
мм |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
|
|
tст |
ОС |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
|
|
16 |
А |
м |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
|
В |
м |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
|
H |
м |
5,0 |
5,5 |
5,8 |
6,0 |
6,4 |
6,8 |
|
|
СО2 |
% |
5 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
Н2О |
% |
3 |
4 |
5 |
6 |
6,5 |
7 |
|
|
tг |
ОС |
800 |
900 |
1000 |
1050 |
1100 |
1150 |
|
|
17 |
tп |
ОС |
150 |
180 |
200 |
220 |
250 |
270 |
|
ε |
- |
0,05 |
0,08 |
0,1 |
0,12 |
0,15 |
0,18 |
|
|
d |
мм |
200 |
240 |
280 |
300 |
320 |
350 |
|
|
tст |
ОС |
120 |
130 |
140 |
160 |
180 |
200 |
|
|
18 |
εcт |
- |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
0,85 |
|
D |
мм |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
|
|
tст |
ОС |
800 |
700 |
600 |
550 |
500 |
450 |
|
|
l |
м |
8,0 |
10,0 |
12,0 |
14,0 |
18,0 |
22,0 |
|
|
19 |
ε1 |
- |
0,7 |
0,65 |
0,6 |
0,55 |
0,5 |
0,8 |
|
ε2 |
- |
0,75 |
0,7 |
0,65 |
0,7 |
0,8 |
0,85 |
|
|
Т1 |
К |
1000 |
1100 |
1200 |
1300 |
1050 |
1150 |
|
|
Т2 |
К |
400 |
350 |
380 |
420 |
450 |
320 |
|
|
20 |
К |
180 |
170 |
160 |
150 |
140 |
130 |
|
|
К |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
||
|
М1 |
кг/час |
3000 |
320 |
3500 |
3700 |
3900 |
4200 |
|
|
М2 |
кг/час |
6000 |
6500 |
7000 |
7500 |
8000 |
8500 |
|
|
К |
40 |
34 |
30 |
25 |
20 |
15 |
||
|
21 |
р |
МПа |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
К |
293 |
303 |
313 |
323 |
333 |
343 |
||
|
К |
373 |
390 |
395 |
405 |
415 |
425 |
||
|
М2 |
кг/час |
5000 |
6000 |
7000 |
8000 |
9000 |
10000 |
|
|
22 |
d |
мм |
22 |
25 |
28 |
32 |
35 |
40 |
|
D |
мм |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
δр |
мм |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
|
|
р |
МПа |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,18 |
0,2 |
0,22 |
|
|
23 |
В |
м |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
|
Н |
м |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
|
|
δ |
мм |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
|
|
s |
мм |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
30 |
|
|
tж |
ОС |
22 |
20 |
18 |
15 |
12 |
25 |
|
|
tст |
ОС |
95 |
90 |
85 |
80 |
70 |
75 |
|
|
24 |
d |
мм |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
15 |
|
D |
мм |
32 |
35 |
38 |
42 |
45 |
48 |
|
|
sр |
мм |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
|
|
w |
м/с |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
|
tж |
ОС |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |