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
Задача 3.
По горизонтально расположенной стальной трубе (λ = 20 Вт/(м*К)) со скоростьюW1 = 2,3 м/с течёт вода, имеющая температуру tB = 1800С. Снаружи труба охлаждается воздухом, температура которого tвозд = 160С, a давление 0,1 МПа. Определить: коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху; коэффициент теплопередачи k и тепловой поток ql, отнесённый к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы равен d1 = 180 мм, внешний – d2 = 200 мм.
Решение:
При tB = 1800С определяем параметры воды[1, т.IX]: коэффициент теплопроводности λ1 = 0,675 Вт/(м*К); коэффициент кинематической вязкости ν1 = 0,173*10-6 м2/с; число Прандтля Pr1 = 1.
Число Рейнольдса:
Re1 = W1*d1 / ν1 = 2,3*0,18/(0,173*10-6) =2,4*106.
Так как Re1 = 2,4*106 > 104, режим движения воды – турбулентный, критериальное уравнение для определения числа Нуссельта (горизонтальная труба) имеет вид[1]:
Nu1 = 0,021*Re10,8*Pr1 0,43 = 0,021*(2,4*106)0,6*10,43 = 141.
Коэффициент теплоотдачи:
α1 = Nu1*λ1/d1 = 141*0,675/0,18 = 529 Вт/(м2*К).
При tвозд = 160С определяем параметры воздуха[1, т.VIII]: коэффициент теплопроводности λ2 = 0,0256 Вт/(м*К); коэффициент кинематической вязкости ν2 = 14,7*10-6 м2/с; число Прандтля Pr2 = 0,704.
Определяем число Грасгофа:
Gr2 = g*d2 3*β*∆t/ν2 2,
∆t = tв – tвозд = 180 – 16 = 1640C, β = 1/Tвозд = 1/289 K-1.
Gr2 = 9,81*0,23*1*164/(289*(14,7*10-6)2) = 2,1*108.
Для горизонтальной трубы критериальное уравнение для определения числа Нуссельта имеет вид[1]:
Nu 2= 0,5*(Gr2*Pr2)0,25 = 0,5*(2,1*108*0,704)0,25 = 55.
Получаем
α2 = Nu2*λ2 / d2 = 55*0,0256/0,2 = 7,04 Вт/(м2*К)..
k = (1/(d1*α1)+ (1 / 2λ)*ln(d2/d1) +1/(α2*d2)),
где d1 – внутренний диаметр трубы;
d2 – наружный диаметр трубы;
λ – коэффициент теплопроводности материала трубы
k = (1/(0,18*529)+ (1 / 2*20)*ln(0,2/0,18) +1/(7,04*0,2)) = 1,38 Вт/(м*К).
Тепловой поток, отнесённый к 1 м трубы:
ql = k*π*( tв – tвозд) = 1,38 * 3,14*(180 – 16) = 711 Вт/м.
Ответы на вопросы:
Так как число Re1 = 2,4*106 > 104, режим течения воды внутри трубы – турбулентный.
Режим движения окружающего трубу воздуха – свободный конвективный.
Так как стенка трубы имеет небольшую толщину и высокий коэффициент теплопроводности, можно при расчёте принять равенство температур наружной поверхности трубы и воды.
Литература.
. 1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1969.