Задачи:
Плоская стенка выполнена из материала с коэффициентом теплопроводности λ = 20 Вт/(м*K). Толщина стенки δ = 10 мм. На одной стороне стенки температура t_c1 = 100 ͦ C, на другой 90 ͦ C. Найти плотность теплового потока через стенку и температуру в середине стенки.
1.13 Чтобы уменьшить до заданного значения тепловые потери с поверхности промышленного теплообменника, решили закупить тепловую изоляцию с λ_из^' = 0,2 Вт/(м*K). Оказалось, что на складе имеется изоляция, для которой λ_из^'' = 0,1 Вт/(м*K), но она на 50% дороже первой. Больше или меньше (и насколько) придется заплатить за вторую изоляцию?
1.14 Температура внешней металлической поверхности сушильной камеры t_c1 = 150 ͦ C. Сушильная камера изолирована матами из минеральной стекловаты. Толщина мата δ = 60 мм. Температура воздуха в помещении t_ж2 = 15 ͦ C и коэффициент теплоотдачи α_2 = 10 Вт/(м^2*K). Найдите температуру наружной поверхности тепловой изоляции t_c2 .
1.21Стенка промышленной нагревательной печи состоит из трех слоев. Первый слой – плотный шамотный кирпич толщиной δ = 250 мм, второй слой – легковесный шамотный кирпич толщиной δ_2 = 500 мм. Максимальная температура в первом слое t_c1 = 800 ͦ C. Третий слой – тепловая изоляция (шлаковая вата). На внешней поверхности третьего слоя t_c4 = 50 ͦ C. Температура воздуха в помещении t_ж2 = 30 ͦ C, а α_2 = 10 Вт/(м^2*K). Чему равна толщина слоя шлаковой ваты δ_3 ?
1.24 По стальной трубе (d_2 = 50 мм, δ = 5 мм, l = 30 м) протекает вода со скоростью 0,5 м/с. Температура воды на входе в трубу t_в^' =200 ͦ C. Труба покрыта тепловой изоляцией с λ_из = 0,1 Вт/(м*K) толщиной 100 мм. Температура окружающего воздуха t_ж2 = 0 ͦ C, α_2 = 20 Вт/(м^2*K), а α_1 = 4000 Вт/(м^2*K). Найдите температуру воды t_в^'' на выходе из трубы.
1.29 В трубчатом теплообменнике средняя температура жидкости (t_ж1 ) ̅ = 200 ͦ C, а (t_ж2 ) ̅ = 100 ͦ C. Коэффициенты теплоотдачи (α_1 ) ̅ = 2000 Вт/(м^2*K), (α_2 ) ̅ = 100 Вт/(м^2*K). Наружный диаметр латунных труб равен 20 мм, толщина стенки составляет 1 мм. Найдите коэффициент теплоотдачи k ̅, среднюю плотность теплового потока q ̅ от горячей к холодной, а так же (t_с1 ) ̅ и (t_с2 ) ̅ .
1.38 Температура протекающего по трубе горячего газа измеряется термопреобразователем, который помещен в чехол. Чехол представляет собой медную трубку наружным диаметром d = 3 мм и толщиной стенки δ = 0,5 мм. Длина чехла l = 70 мм. Оцените погрешность измерения температуры газа, возникающую из-за отвода теплоты по стенке чехла к месту его крепления на трубе. Известно, что термопреобразователь дает значение t_1 = 300 ͦ C, а температура в месте крепления чехла t_0 = 200 ͦ C. Коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к чехлу α = 50 Вт/(м^2*K).
2.2 Пластина толщиной 2δ_0 = 20 мм, нагретая до t_0 = 150 ͦ C, помещена в воздушную среду для охлаждения. Температура воздуха t_ж = 20 ͦ C. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности равны соответственно λ = 0,175 Вт/(м*K) и a = 0,833 * 〖10〗^(-7) м^2/с. Коэффициент теплоотдачи от поверхности пластины к воздуху α = 70 Вт/(м^2*K). Определить температуры в трех точках: x = 0; x = 0,5δ_0; x = δ_0 в момент времени τ = 20 мин.
2.5 Начальная температура листа стали (его толщина 10 мм) t_0 = 100 ͦ C. Физические свойства стали: λ = 45 Вт/(м*K); ρ = 7900 кг/ м^3 ; с_p = 0,46 кДж/(кг*K). Найдите температуру листа через 1 мин после начала охлаждения в воздухе и в воде. Для воздуха α = 8 Вт/(м^2*K), для воды α = 500 Вт/(м^2*K). И в том, и в другом случае t_ж = 20 ͦ C.
2.7 Внутренняя часть ограждения промышленной печи выполнена из огнеупорного материала (шамотного кирпича), а внешняя представляет собой тепловую изоляцию. Толщина огнеупора δ = 250 мм. Его физические свойства следующие: λ = 1,6 Вт/(м*K), a = 3,5 * 〖10〗^(-7) м^2/с. Температура огнеупора и температура в печи t_0 = 20 ͦ C. Найдите температуры внутренней и внешней поверхности огнеупора через 10 ч после того, как температура газов в печи скачком возрастет до 1000 ͦ C. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α = 32 Вт/(м^2*K). Условно считайте, что через внешнюю поверхность огнеупора тепловой поток отсутствует.
2.10 В печь с температурой газов t_ж = 800 ͦ C помещен длинный стальной вал диаметром 120 мм. Физические свойства стали таковы: λ = 42 Вт/(м*K), a = 1,22 * 〖10〗^(-5) м^2/с. Начальная температура вала t_0 = 30 ͦ C. В процессе нагревания вала α = 140 Вт/(м^2*K). Определите время, по истечении которого температура на оси вала будет равной 780 ͦ C.
3.9 Рассчитайте тепловые потери за счет свободной конвекции воздуха около боковой поверхности теплообменника – подогревателя питательной воды, установленного на тепловой энергетической станции. Высота подогревателя равна 10 м, диаметр – 3,5 м, а температура поверхности составляет 55 ͦ C. Температура воздуха 25 ͦ C.
3.15 По медной шине прямоугольного поперечного сечения a x b = 100 x 3 мм (a – вертикальный, b – горизонтальный размеры) пропускается электрический ток силой 955 А. Температура воздуха, окружающего шину, t_ж = 20 ͦ C. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 2,3* 〖10〗^(-8) Ом*м. Найдите среднюю температуру поверхности шины (t_с ) ̅.
3.18 Найдите потери теплоты в единицу времени в расчете на единицу длины изолированного горизонтального провода с наружным диаметром d_из = 300 мм и температурой поверхности t_с = 50 ͦ C. Температура окружающего воздуха t_ж = 30 ͦ C. Рассчитайте так же температуру пара в трубе, если известно, что труба изолирована шлаковой ватой, коэффициент теплоотдачи от пара к стенке α_1 = 3000 Вт/(м^2*K), диаметр трубы и толщина стенки d_2 x δ = 70 x 6 мм.
3.20 В учебной лаборатории имеется установка для изучения теплоотдачи при свободной конвекции воды около горизонтальной электрически обогреваемой трубы. Диаметр трубы d = 20 мм, ее длина l = 300 мм, а температура воды t_ж = 25 ͦ C. При какой мощности электронагревателя средняя температура наружной поверхности трубы будет равна 35 ͦ C.
4.2 Найдите толщины динамического и теплового пограничных слоев в точке x = 1 м при обтекании пластины воздухом (t_∞ = 30 ͦ C, ω_∞ = 5 м/с). Температура пластины t_с = 10 ͦ C. Определить коэффициент теплоотдачи α в данной точке, а так же средний коэффициент теплоотдачи α ̅ для участка пластины 0≤ x ≤ 1 м.
4.3 Решите задачу 4.2 , предполагая, что пластина омывается водой со скоростью ω_∞ = 0,1 м/с. Остальные условия оставьте без изменения.
4.7 Тонкая пластина из нержавеющей стали обогревается электрическим током так, что q_c = 386 Вт/м^2. Пластина продольно обдувается воздухом (ω_∞ = 10 м/с ; t_∞ = 10 ͦ C). найдите температуру пластины на расстоянии x = 0,2 м от передней кромки.
4.9 Для набегающего на пластину потока воздуха скорость ω_∞ = 200 м/с и температура t_∞ = 20 ͦ C. Рассчитайте плотность теплового потока q_c в точке х = 35 мм при температуре пластины а) t_с = 36,8 ͦ C ; б) t_с = 25 ͦ C ; в) t_с = 40 ͦ C.
Пластина длиной l = 1,5 м продольно обтекается потоком воздуха (ω_∞ = 50 м/с , t_∞ = 8 ͦ C , p_∞ = 0,202 МПа). Из-за наличия в ней турбулизирующей решетки течение в пограничном слое турбулентное. Температура пластины t_с = 12 ͦ C. Найдите средний коэффициент теплоотдачи, а также толщины пограничного слоя и вязкого подслоя на задней кромке пластины.
4.14 Нагретая пластина длиной l = 2 м продольно омывается потоком воды. Скорость воды ω_∞ = 0,5 м/с, и ее температура t_∞ = 180 ͦ C. Постройте графики распределения теплоотдачи от поверхности пластины к воде для случаев: а) малая степень турбулентности потока воды (ε ≈ 0,08 %); б) большая степень турбулентности (ε ≈ 0,3 %). Найдите также α ̅ - средний коэффициент теплоотдачи. Считайте, что разность температур пластины и воды мала, в расчете теплоотдачи изменением физических свойств воды с изменением температуры можно пренебречь.
4.18 В теплообменнике « газ – газ » разреженный пучок труб омывается дымовыми газами. Температура набегающего потока t_ж1 = 800 ͦ C, а скорость ω_∞ = 15 м/с. Для газов, протекающих внутри труб, t_ж2 = 300 ͦ C и α_2= 90 Вт/ (м^2*K). Трубы диаметром и толщиной стенки d_2 x δ = 32 x 5 мм изготовлены из стали 12Х1МФ, допустимая рабочая температура которой 550 ͦ C. Найдите среднюю температуру нагруженной поверхности трубы и температуру в первой критической (лобовой) точке и сопоставьте найденные значения с допустимой рабочей температурой стали.
4.26 Найдите средний коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании дымовыми газами пакета труб экономайзера парового котла. Экономайзер собран из плоских змеевиков с шахматным расположением труб диаметром и толщиной стенки 32 х 6 мм, причем s_1/d = 2,4 , а s_2/d = 1,8 , а число рядов равно 40. Скорость газов в узком сечении ω_уз = 14 м/с. Их температура на входе в пакет труб 520 ͦ C, а на выходе из него 380 ͦ C.
4.27 Как изменится α в задаче 4.26, если шахматный порядок расположения труб заменить коридорным ?
5.3 Рассчитайте средний коэффициент теплоотдачи при течении трансформаторного масла по трубке диаметром d = 8 мм и длиной l = 1,2 м. Температура стенки (t_c ) ̅ = 60 ͦ C, а (t_ж ) ̅ = 40 ͦ C. Скорость течения масла ω = 0,6 м/с.
5.4 В трубе диаметром d = 14 мм движется вода. Если средняя температура t_ж = 50 ͦ C, а число Re = 1500. Вычисление отношения l_(н.т) /d и значения α за пределами l_(н.т). Физические свойства воды считайте постоянными, t_с = const.
5.10 Найдите коэффициент теплоотдачи от стенки трубы диаметром 32 х 6 мм к воде в экономайзере парового котла. Давление воды равно 30 МПа, а ее температура и скорость на входе в экономайзер составляют соответственно 270 ͦ C и 1,5 м/с. Температура на выходе из экономайзера равна 320 ͦ C.
5.15 Найдите средний коэффициент теплоотдачи при движении дымовых газов по трубам воздухоподогревателя парового котла. Средняя температура дымовых газов t_ж1 = 265 ͦ C, а средняя температура воздуха t_ж2 = 145 ͦ C. Трубы стальные, их внутренний диаметр d = 50мм, толщина стенки δ = 1,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к воздуху α_2= 76 Вт/(м^2*K). Скорость дымовых газов составляет 14 м/с.
5.18 По трубе диаметром d = 10 мм и длиной l = 2 м предполагается пропускать воду с такой скоростью, что ее массовый расход G = 0,237 кг/с. Температура воды на входе в трубку t_(ж.вх) = 200 ͦ C, а давление p = 8 МПа. Выяснить, закипит ли вода в трубке, если распределение тепловой нагрузки по ее длине будет задано в виде q_1(x) = A cos [ π ( x/l - 1/2) ] , где A = 4 * 〖10〗^4 Вт/м; x – координата, отсчитываемая от входного сечения трубы.
6.3 По трубкам парогенератора АЭС протекает теплоноситель (вода под давлением 13 МПа). Средняя температура воды t = 285 ͦ C. На наружной поверхности кипит вода (рабочее тело). Давление производимого пара p = 47 * 〖10〗^5 Па (t_s = 260 ͦ C). Скорость воды в трубках (их внутренний диаметр равен 13,2 мм) составляет 3 м/с. Найдите среднюю тепловую нагрузку q поверхности теплообмена. Известно, что сумма термических сопротивлений стенки трубы и оксидных пленок составляет 8,95 * 〖10〗^(-5) м^2*K/Вт.
6.13 Плотность подводимого к поверхности нагрева теплового потока q = 6 МВт/м^2. Возможен ли теплоотвод при пузырьковом кипении воды (p = 4,7 МПа) ?
6.14 Рассчитайте температуру поверхности нагрева (горизонтальная трубка диаметром d = 12 мм) для случаев: а) режим кипения воды пузырьковый; б) режим кипения пленочный. Для обоих случаев q = 1,54 * 〖10〗^5 Вт/м^2, p = 0,101 МПа.
6.21 Экранная поверхность нагрева парового котла выполнена из труб диаметром и толщиной стенки 40 x 5 мм. Теплопроводность стенок труб λ = 40 Вт/(м*K). Рассчитайте температуры внутренней и незагрязненной наружной поверхностей труб при движении в них кипящей воды (пузырьковый режим). Давление p = 18,67 МПа; массовая скорость (ρυ) ̅ = 1500 кг/(м^2/с). Считайте, что плотность теплового потока q = 3 * 〖10〗^5 Вт/м^2 равномерно распределена по наружному периметру труб.
6.23 В равномерно обогреваемую трубку поступает вода со следующими параметрами: t = 240 ͦ C; p = 6,42 МПа; ω = 0,6 м/с. Внутренний диаметр трубы d = 14 мм, ее длина l = 3,5 м. Тепловая нагрузка на внутренней поверхности q = 150 кВт/м^2 . Найдите длину участка подогрева воды до температуры насыщения l_ж (длину экономайзерного участка); координату точки А начала поверхности кипения z_A ; расходное массовое паросодержание на выходе их трубы x_вых и температуру стенки t_с на участке кипения насыщенной жидкости.
6.25 В трубе диаметром d = 8 мм в условиях вынужденного движения кипит вода при p = 11,8 МПа. Массовый расход смеси G = 0,0502 кг/с. При каком паросодержании возникает кризис теплообмена второго рода ?
6.27 В трубку диаметром d = 8 мм поступает вода с температурой t_s (давление p = 13,8 МПа). Ее массовая скорость (ρυ) ̅ = 1000 кг/(м^2/с). Найдите такие значения q, при которых в трубке не будет кризиса теплоотдачи первого рода. Определите так же длину участка кипения без кризиса.
7.4 На вертикальной трубе диаметром d = 40 мм и высотой h = 6 м конденсируется сухой насыщенный водяной пар (t_s = 180 ͦ C). Температура стенки трубы постоянна: t_с = 175 ͦ C. Найдите количество пара G_2^', конденсирующегося в единицу времени на участке трубы 2 ≤ x ≤ 4 м, и отношение G_2^'/G ,где G – расход конденсата, образующегося на всей трубе.
7.11 Найдите, сколько пара (кг/c) конденсируется на вертикальной трубе, если известно, что t_s = 140 ͦ C; t_с = 135 ͦ C; d = 40 мм; l = 4,5 м. Как изменится расход конденсирующего пара, если на трубе равномерно расположить пять конденсатоотводящих колпачков ?
7.14 Сколько конденсатоотводящих дисков следует разместить на трубе (d = 40 мм; l= 1,243 м), чтобы расположение трубы (горизонтальное или вертикальное) не сказывалось на значении коэффициента теплоотдачи α? Известно, что температура насыщения t_s = 100 ͦ C; температура стенки t_с = 90 ͦ C.
7.18 Найдите среднюю температуру стенки вертикально расположенной трубы, в которой конденсируется водяной пар при давлении p_п = 1,55 МПа, если известно что x_вх = 0,8; x_вых = 0,4; d=16 мм; l=2,5 м, q ̅ = 1,3 МВт/м^2.
8.3 Найдите число Льюиса для влажного воздуха, температура которого t = 20 ͦ C, давление p = 0,101 МПа, относительная влажность φ = 0,7.
8.4 Плоское влажное изделие длиной l_0 = 0,5 м продольно омывается потоком сухого воздуха, для которого температура t_∞= 20 ͦ C, давление p = 0,202 МПа, скорость ω_∞ = 1 м/с. Температура изделия постоянна по всей длине (t_с= 20 ͦ C). Найдите коэффициент массоотдачи при x=l_0.
8.5 Найдите плотность диффузионного потока массы пара j_1c теплового потока, подводимого к межфазной границе со стороны жидкой фазы, q_c^' и теплового потока от межфазной границы в паровоздушную среду q_c^'' для условий задачи 8.4 с той лишь разницей, что температура изделия t_с = 30 ͦ C. Найдите также скорость стефанового потолка массы ω_(с.п) на поверхность пластины.
8.16 Капля воды находится во влажном воздухе. Парциальное давление водяного пара равно 7,01*〖10〗^4 Па, а полное давление составляет 9,01*〖10〗^4 Па. В данный момент времени диаметр капли составляет d = 2 мм, а ее температура t_с= 86 ͦ C. Найдите плотность диффузионного потока j_1c, плотность полного потока J_1c, скорость стефановского потока ω_(с.п), а также плотность теплового потока q_c^'' на поверхности капли. Движением капли относительно воздуха пренебречь и считать, что Le = 1.
8.21 Термометр, обернутый влажной тканью, поперечно омывается потоком воздуха, параметры которого t_∞ = 20 ͦ C; p = 0,101 МПа; φ = 70 %. Найдите температуру термометра.
8.22 Капля воды диаметром d = 0,5 мм попадает в поток перегретого пара. Температура капли равна 200 ͦ C, а давление – 0,101 МПа. Оцените время испарения капли. Считайте, что относительная скорость движения капли равна нулю.
9.5 На вертикальной плоской стенке, температура которой t_ст = 78 ͦ C, происходит пленочная конденсация водяного пара из паровоздушной смеси. Давление равно 7*〖10〗^4 Па, парциальное давление воздуха вдали от стенки составляет 2,264*〖10〗^4 Па. Паровоздушная смесь движется сверху вниз со скоростью 8 м/с. Пренебрегая динамическим воздействием потока смеси на стекающую пленку, найдите для сечения x = 0,1 м температуру поверхности t_с, плотность отводимого стенкой теплового потока q_c^'.
10.5 В космическом пространстве на околоземной орбите вращается сферическая частица метеорита. Найти температуру частицы, когда она находится на солнечной стороне Земли. Плотность потока излучения солнца на площадке, разложенной перпендикулярно лучам вблизи Земли, но за пределами ее атмосферы, равна 1,55 кВт/м^2. Принять: а)частица – серое тело; б)степень черноты частицы ε = 0,1 , а поглощательная способность А = 0,2.
10.7 На рисунке показана схема пирометра – прибора для измерения высоких температур. Нить лампы пирометра нагревается до такой температуры, при которой ее яркость совпадает с яркостью данного тела. Степень черноты тела при λ = 0,65 мкм ε_λ = 0,8. Чему равна температура тела, если по шкале прибора, отградуированной по излучению абсолютно черного источника, T = 1900 K ?
10.10 Чему равны степень черноты серого тела и значение E_соб при температуре T = 800 K, если E_пад = 60 кВт/м^2, E_погл = 48 кВт/м^2 ?
10.25 Излучающая система имеет форму цилиндра конечной длины (d = 1,2 м; h = 2 м). Для одного основания цилиндра T_1 = 1000 K; A_1 = 0,8 , для другого T_2 = 800 K; A_2 = 0,6. Для боковой поверхности T_3 = 500 K; A_3 = 0,9. Найти E_рез1, E_рез2, E_рез3.
10.31 Выполните расчет теплообмена излучением между поверхностями плоской ребристой стенки. Размер ребер, перпендикулярных к плоскости чертежа, значительно больше l. Температура стенки (та же, что и температура основания ребра) равна 373 K, а температура воздуха на стороне ребристой стенки составляет 293 K. Вдоль ребра температура изменяется по закону : T = 293 + 80 (ch [15,8 (l-x)])/(ch (15,8l)) , где x – координата, отсчитываемая от основания ребра, м; l = 0,08 м. Размер a = 0,04 м. Степень черноты поверхности ребер и неоребренной поверхности стенки ε = 0,8.
11.3 Камера, имеющая форму параллелепипеда со сторонами 1 м, 2 и 3 м, заполненная продуктами сгорания 〖CO〗_2 и H_2 O. Температура газов T = 1500 K. Полное давление смеси 0,101 МПа, а парциальное давление p_(〖CO〗_2 ) = 10 кПа, p_(H_2 O) = 20 кПа. Найти среднюю плотность потока собственного излучения данной среды на стенке камеры.
11.5 Газообразные продукты сгорания (p = 0,101 МПа) омывают поверхность труб конвективного пароперегревателя парового котла. Объемная доля H_2 O r_(H_2 O) = 0,11, объемная доля 〖CO〗_2 r_(〖CO〗_2 ) = 0,13, температура продуктов сгорания t_г = 950 ͦ C, температура труб t_с = 500 ͦ C. Трубы расположены в шахматном порядке; их диаметры d = 38 мм, продольный и поперечный шаги s_1/d=s_2/d=2. Степень черноты труб ε_с = 0,8. Найти плотность потока результирующего излучения на стенках труб и коэффициент теплоотдачи излучением.
12.5 В трубчатом прямоточном теплообменнике теплоноситель охлаждается от температуры t_1^' = 350 ͦ C до t_1^'' = 120 ͦ C. Известно, что G_1= 0,946 кг/с; с_p1 = 1,0 кДж/ (кг * K); G_2= 0,866 кг/с; с_p2 = 4200 кДж/ (кг * K); α_1 = 200 Вт/(м^2*K); α_2 = 1500 Вт/(м^2*K); t_2^'' = 80 ͦ C. Термическим сопротивлением стенки трубы можно пренебречь. Найти t_1 и t_2 в сечении, отстоящем от выхода теплоносителя на расстоянии 0,25h, где h – высота теплообменника.
12.14 Произвести тепловой и гидравлический расчеты вертикального пароводяного теплообменника, предназначенного для подогрева воды от температуры t_2^' = 45 ͦ C до t_2^'' = 105 ͦ C. Расход воды G_2= 125 кг/с, давление p_2= 0,2 МПа. Параметры пара на входе: p_1= 0,45 МПа; t_1^' = 150 ͦ C. Вода движется по трубам (d_1 = 20 мм; d_2 = 24 мм; латунь) со скоростью ω_2 = 1 м/с. Пар движется в межтрубном пространстве с малой скоростью и полностью конденсируется. Найти площадь поверхности нагрева F, высоту теплообменника h, диаметр корпуса D, гидравлическое сопротивление по воде Δp, мощность N на перекачку воды.
12.23 Произвести тепловой расчет змеевикового экономайзера, предназначенного для подогрева воды в количестве G_2= 125 кг/с от температуры t_2^' = 94 ͦ C до t_2^'' = 190 ͦ C (p_2= 3 МПа). Скорость воды в стальных трубах (Ст.30; d_1 = 44 мм; d_2 = 51 мм) равна ω_2 = 0,5 м/с. Дымовые газы: G_1= 350 кг/с; t_1^' = 400 ͦ C; ω_1 = 10 м/с (в узком сечении шахматного пучка). Поперечный шаг s_1=1,8 d_2, продольный s_2=1,6 d_2. Найти F, число параллельно выполненных змеевиков n, длину отдельного змеевика l.
12.30 Выполнить тепловой расчет испарителя энергетической установки с натриевым теплоносителем. Испаритель представляет собой вертикальный кожухотрубный противоточный теплообменный аппарат. В межтрубном пространстве сверху вниз протекает натрий. Температура натрия на входе t_1^' = 500 ͦ C, на выходе t_1^'' = 350 ͦ C. Поверхность теплообмена выполнена из нержавеющих стальных труб 16 х 2,5 мм. В трубных досках трубы расположены по сторонам правильных шестиугольников с шагом 30 мм. В испарителе происходит нагревание питательной воды до температуры насыщения t_s, ее испарения, а так же перегрев пара на величину равную 25 ͦ C . Расход воды G_2= 22,85 кг/с, ее температура, давление и скорость на входе равны соответственно t_2^' = 220 ͦ C ; p_2= 13 МПа; ω_1 = 1,1 м/с. Найти площадь поверхности теплообмена F и испарителя h; F_1 – площадь участка между входным сечением и сечением, в котором температура воды равна t_s; F_2 - площадь участка с кипением ненасыщенной жидкости, на котором паросодержание x меньше граничного паросодержания x_гр; F_3 – площадь участка с ухудшенной теплоотдачей при кипении воды; F_4 – площадь участка перегрева пара.
12.32 В теплообменном аппарате на наружной поверхности вертикально расположенной латунной трубы с диаметром и толщиной стенки d_2 x δ = 19 x 1,5 мм конденсируется сухой насыщенный водяной пар (p_s = 1,55 МПа; t_s = 200 ͦ C). По трубе сверху вниз протекает вода, расход которой G = 0,12 кг/с. Давление воды p = 2,0 МПа, ее температура на входе в трубу t_0 = 120 ͦ C, а на выходе из нее t_вых = 180 ͦ C. Найдите высоту трубы.
Плоская стенка выполнена из материала с коэффициентом теплопроводности λ = 20 Вт/(м*K). Толщина стенки δ = 10 мм. На одной стороне стенки температура t_c1 = 100 ͦ C, на другой 90 ͦ C. Найти плотность теплового потока через стенку и температуру в середине стенки.
1.13 Чтобы уменьшить до заданного значения тепловые потери с поверхности промышленного теплообменника, решили закупить тепловую изоляцию с λ_из^' = 0,2 Вт/(м*K). Оказалось, что на складе имеется изоляция, для которой λ_из^'' = 0,1 Вт/(м*K), но она на 50% дороже первой. Больше или меньше (и насколько) придется заплатить за вторую изоляцию?
1.14 Температура внешней металлической поверхности сушильной камеры t_c1 = 150 ͦ C. Сушильная камера изолирована матами из минеральной стекловаты. Толщина мата δ = 60 мм. Температура воздуха в помещении t_ж2 = 15 ͦ C и коэффициент теплоотдачи α_2 = 10 Вт/(м^2*K). Найдите температуру наружной поверхности тепловой изоляции t_c2 .
1.21Стенка промышленной нагревательной печи состоит из трех слоев. Первый слой – плотный шамотный кирпич толщиной δ = 250 мм, второй слой – легковесный шамотный кирпич толщиной δ_2 = 500 мм. Максимальная температура в первом слое t_c1 = 800 ͦ C. Третий слой – тепловая изоляция (шлаковая вата). На внешней поверхности третьего слоя t_c4 = 50 ͦ C. Температура воздуха в помещении t_ж2 = 30 ͦ C, а α_2 = 10 Вт/(м^2*K). Чему равна толщина слоя шлаковой ваты δ_3 ?
1.24 По стальной трубе (d_2 = 50 мм, δ = 5 мм, l = 30 м) протекает вода со скоростью 0,5 м/с. Температура воды на входе в трубу t_в^' =200 ͦ C. Труба покрыта тепловой изоляцией с λ_из = 0,1 Вт/(м*K) толщиной 100 мм. Температура окружающего воздуха t_ж2 = 0 ͦ C, α_2 = 20 Вт/(м^2*K), а α_1 = 4000 Вт/(м^2*K). Найдите температуру воды t_в^'' на выходе из трубы.
1.29 В трубчатом теплообменнике средняя температура жидкости (t_ж1 ) ̅ = 200 ͦ C, а (t_ж2 ) ̅ = 100 ͦ C. Коэффициенты теплоотдачи (α_1 ) ̅ = 2000 Вт/(м^2*K), (α_2 ) ̅ = 100 Вт/(м^2*K). Наружный диаметр латунных труб равен 20 мм, толщина стенки составляет 1 мм. Найдите коэффициент теплоотдачи k ̅, среднюю плотность теплового потока q ̅ от горячей к холодной, а так же (t_с1 ) ̅ и (t_с2 ) ̅ .
1.38 Температура протекающего по трубе горячего газа измеряется термопреобразователем, который помещен в чехол. Чехол представляет собой медную трубку наружным диаметром d = 3 мм и толщиной стенки δ = 0,5 мм. Длина чехла l = 70 мм. Оцените погрешность измерения температуры газа, возникающую из-за отвода теплоты по стенке чехла к месту его крепления на трубе. Известно, что термопреобразователь дает значение t_1 = 300 ͦ C, а температура в месте крепления чехла t_0 = 200 ͦ C. Коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к чехлу α = 50 Вт/(м^2*K).
2.2 Пластина толщиной 2δ_0 = 20 мм, нагретая до t_0 = 150 ͦ C, помещена в воздушную среду для охлаждения. Температура воздуха t_ж = 20 ͦ C. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности равны соответственно λ = 0,175 Вт/(м*K) и a = 0,833 * 〖10〗^(-7) м^2/с. Коэффициент теплоотдачи от поверхности пластины к воздуху α = 70 Вт/(м^2*K). Определить температуры в трех точках: x = 0; x = 0,5δ_0; x = δ_0 в момент времени τ = 20 мин.
2.5 Начальная температура листа стали (его толщина 10 мм) t_0 = 100 ͦ C. Физические свойства стали: λ = 45 Вт/(м*K); ρ = 7900 кг/ м^3 ; с_p = 0,46 кДж/(кг*K). Найдите температуру листа через 1 мин после начала охлаждения в воздухе и в воде. Для воздуха α = 8 Вт/(м^2*K), для воды α = 500 Вт/(м^2*K). И в том, и в другом случае t_ж = 20 ͦ C.
2.7 Внутренняя часть ограждения промышленной печи выполнена из огнеупорного материала (шамотного кирпича), а внешняя представляет собой тепловую изоляцию. Толщина огнеупора δ = 250 мм. Его физические свойства следующие: λ = 1,6 Вт/(м*K), a = 3,5 * 〖10〗^(-7) м^2/с. Температура огнеупора и температура в печи t_0 = 20 ͦ C. Найдите температуры внутренней и внешней поверхности огнеупора через 10 ч после того, как температура газов в печи скачком возрастет до 1000 ͦ C. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α = 32 Вт/(м^2*K). Условно считайте, что через внешнюю поверхность огнеупора тепловой поток отсутствует.
2.10 В печь с температурой газов t_ж = 800 ͦ C помещен длинный стальной вал диаметром 120 мм. Физические свойства стали таковы: λ = 42 Вт/(м*K), a = 1,22 * 〖10〗^(-5) м^2/с. Начальная температура вала t_0 = 30 ͦ C. В процессе нагревания вала α = 140 Вт/(м^2*K). Определите время, по истечении которого температура на оси вала будет равной 780 ͦ C.
3.9 Рассчитайте тепловые потери за счет свободной конвекции воздуха около боковой поверхности теплообменника – подогревателя питательной воды, установленного на тепловой энергетической станции. Высота подогревателя равна 10 м, диаметр – 3,5 м, а температура поверхности составляет 55 ͦ C. Температура воздуха 25 ͦ C.
3.15 По медной шине прямоугольного поперечного сечения a x b = 100 x 3 мм (a – вертикальный, b – горизонтальный размеры) пропускается электрический ток силой 955 А. Температура воздуха, окружающего шину, t_ж = 20 ͦ C. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 2,3* 〖10〗^(-8) Ом*м. Найдите среднюю температуру поверхности шины (t_с ) ̅.
3.18 Найдите потери теплоты в единицу времени в расчете на единицу длины изолированного горизонтального провода с наружным диаметром d_из = 300 мм и температурой поверхности t_с = 50 ͦ C. Температура окружающего воздуха t_ж = 30 ͦ C. Рассчитайте так же температуру пара в трубе, если известно, что труба изолирована шлаковой ватой, коэффициент теплоотдачи от пара к стенке α_1 = 3000 Вт/(м^2*K), диаметр трубы и толщина стенки d_2 x δ = 70 x 6 мм.
3.20 В учебной лаборатории имеется установка для изучения теплоотдачи при свободной конвекции воды около горизонтальной электрически обогреваемой трубы. Диаметр трубы d = 20 мм, ее длина l = 300 мм, а температура воды t_ж = 25 ͦ C. При какой мощности электронагревателя средняя температура наружной поверхности трубы будет равна 35 ͦ C.
4.2 Найдите толщины динамического и теплового пограничных слоев в точке x = 1 м при обтекании пластины воздухом (t_∞ = 30 ͦ C, ω_∞ = 5 м/с). Температура пластины t_с = 10 ͦ C. Определить коэффициент теплоотдачи α в данной точке, а так же средний коэффициент теплоотдачи α ̅ для участка пластины 0≤ x ≤ 1 м.
4.3 Решите задачу 4.2 , предполагая, что пластина омывается водой со скоростью ω_∞ = 0,1 м/с. Остальные условия оставьте без изменения.
4.7 Тонкая пластина из нержавеющей стали обогревается электрическим током так, что q_c = 386 Вт/м^2. Пластина продольно обдувается воздухом (ω_∞ = 10 м/с ; t_∞ = 10 ͦ C). найдите температуру пластины на расстоянии x = 0,2 м от передней кромки.
4.9 Для набегающего на пластину потока воздуха скорость ω_∞ = 200 м/с и температура t_∞ = 20 ͦ C. Рассчитайте плотность теплового потока q_c в точке х = 35 мм при температуре пластины а) t_с = 36,8 ͦ C ; б) t_с = 25 ͦ C ; в) t_с = 40 ͦ C.
Пластина длиной l = 1,5 м продольно обтекается потоком воздуха (ω_∞ = 50 м/с , t_∞ = 8 ͦ C , p_∞ = 0,202 МПа). Из-за наличия в ней турбулизирующей решетки течение в пограничном слое турбулентное. Температура пластины t_с = 12 ͦ C. Найдите средний коэффициент теплоотдачи, а также толщины пограничного слоя и вязкого подслоя на задней кромке пластины.
4.14 Нагретая пластина длиной l = 2 м продольно омывается потоком воды. Скорость воды ω_∞ = 0,5 м/с, и ее температура t_∞ = 180 ͦ C. Постройте графики распределения теплоотдачи от поверхности пластины к воде для случаев: а) малая степень турбулентности потока воды (ε ≈ 0,08 %); б) большая степень турбулентности (ε ≈ 0,3 %). Найдите также α ̅ - средний коэффициент теплоотдачи. Считайте, что разность температур пластины и воды мала, в расчете теплоотдачи изменением физических свойств воды с изменением температуры можно пренебречь.
4.18 В теплообменнике « газ – газ » разреженный пучок труб омывается дымовыми газами. Температура набегающего потока t_ж1 = 800 ͦ C, а скорость ω_∞ = 15 м/с. Для газов, протекающих внутри труб, t_ж2 = 300 ͦ C и α_2= 90 Вт/ (м^2*K). Трубы диаметром и толщиной стенки d_2 x δ = 32 x 5 мм изготовлены из стали 12Х1МФ, допустимая рабочая температура которой 550 ͦ C. Найдите среднюю температуру нагруженной поверхности трубы и температуру в первой критической (лобовой) точке и сопоставьте найденные значения с допустимой рабочей температурой стали.
4.26 Найдите средний коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании дымовыми газами пакета труб экономайзера парового котла. Экономайзер собран из плоских змеевиков с шахматным расположением труб диаметром и толщиной стенки 32 х 6 мм, причем s_1/d = 2,4 , а s_2/d = 1,8 , а число рядов равно 40. Скорость газов в узком сечении ω_уз = 14 м/с. Их температура на входе в пакет труб 520 ͦ C, а на выходе из него 380 ͦ C.
4.27 Как изменится α в задаче 4.26, если шахматный порядок расположения труб заменить коридорным ?
5.3 Рассчитайте средний коэффициент теплоотдачи при течении трансформаторного масла по трубке диаметром d = 8 мм и длиной l = 1,2 м. Температура стенки (t_c ) ̅ = 60 ͦ C, а (t_ж ) ̅ = 40 ͦ C. Скорость течения масла ω = 0,6 м/с.
5.4 В трубе диаметром d = 14 мм движется вода. Если средняя температура t_ж = 50 ͦ C, а число Re = 1500. Вычисление отношения l_(н.т) /d и значения α за пределами l_(н.т). Физические свойства воды считайте постоянными, t_с = const.
5.10 Найдите коэффициент теплоотдачи от стенки трубы диаметром 32 х 6 мм к воде в экономайзере парового котла. Давление воды равно 30 МПа, а ее температура и скорость на входе в экономайзер составляют соответственно 270 ͦ C и 1,5 м/с. Температура на выходе из экономайзера равна 320 ͦ C.
5.15 Найдите средний коэффициент теплоотдачи при движении дымовых газов по трубам воздухоподогревателя парового котла. Средняя температура дымовых газов t_ж1 = 265 ͦ C, а средняя температура воздуха t_ж2 = 145 ͦ C. Трубы стальные, их внутренний диаметр d = 50мм, толщина стенки δ = 1,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к воздуху α_2= 76 Вт/(м^2*K). Скорость дымовых газов составляет 14 м/с.
5.18 По трубе диаметром d = 10 мм и длиной l = 2 м предполагается пропускать воду с такой скоростью, что ее массовый расход G = 0,237 кг/с. Температура воды на входе в трубку t_(ж.вх) = 200 ͦ C, а давление p = 8 МПа. Выяснить, закипит ли вода в трубке, если распределение тепловой нагрузки по ее длине будет задано в виде q_1(x) = A cos [ π ( x/l - 1/2) ] , где A = 4 * 〖10〗^4 Вт/м; x – координата, отсчитываемая от входного сечения трубы.
6.3 По трубкам парогенератора АЭС протекает теплоноситель (вода под давлением 13 МПа). Средняя температура воды t = 285 ͦ C. На наружной поверхности кипит вода (рабочее тело). Давление производимого пара p = 47 * 〖10〗^5 Па (t_s = 260 ͦ C). Скорость воды в трубках (их внутренний диаметр равен 13,2 мм) составляет 3 м/с. Найдите среднюю тепловую нагрузку q поверхности теплообмена. Известно, что сумма термических сопротивлений стенки трубы и оксидных пленок составляет 8,95 * 〖10〗^(-5) м^2*K/Вт.
6.13 Плотность подводимого к поверхности нагрева теплового потока q = 6 МВт/м^2. Возможен ли теплоотвод при пузырьковом кипении воды (p = 4,7 МПа) ?
6.14 Рассчитайте температуру поверхности нагрева (горизонтальная трубка диаметром d = 12 мм) для случаев: а) режим кипения воды пузырьковый; б) режим кипения пленочный. Для обоих случаев q = 1,54 * 〖10〗^5 Вт/м^2, p = 0,101 МПа.
6.21 Экранная поверхность нагрева парового котла выполнена из труб диаметром и толщиной стенки 40 x 5 мм. Теплопроводность стенок труб λ = 40 Вт/(м*K). Рассчитайте температуры внутренней и незагрязненной наружной поверхностей труб при движении в них кипящей воды (пузырьковый режим). Давление p = 18,67 МПа; массовая скорость (ρυ) ̅ = 1500 кг/(м^2/с). Считайте, что плотность теплового потока q = 3 * 〖10〗^5 Вт/м^2 равномерно распределена по наружному периметру труб.
6.23 В равномерно обогреваемую трубку поступает вода со следующими параметрами: t = 240 ͦ C; p = 6,42 МПа; ω = 0,6 м/с. Внутренний диаметр трубы d = 14 мм, ее длина l = 3,5 м. Тепловая нагрузка на внутренней поверхности q = 150 кВт/м^2 . Найдите длину участка подогрева воды до температуры насыщения l_ж (длину экономайзерного участка); координату точки А начала поверхности кипения z_A ; расходное массовое паросодержание на выходе их трубы x_вых и температуру стенки t_с на участке кипения насыщенной жидкости.
6.25 В трубе диаметром d = 8 мм в условиях вынужденного движения кипит вода при p = 11,8 МПа. Массовый расход смеси G = 0,0502 кг/с. При каком паросодержании возникает кризис теплообмена второго рода ?
6.27 В трубку диаметром d = 8 мм поступает вода с температурой t_s (давление p = 13,8 МПа). Ее массовая скорость (ρυ) ̅ = 1000 кг/(м^2/с). Найдите такие значения q, при которых в трубке не будет кризиса теплоотдачи первого рода. Определите так же длину участка кипения без кризиса.
7.4 На вертикальной трубе диаметром d = 40 мм и высотой h = 6 м конденсируется сухой насыщенный водяной пар (t_s = 180 ͦ C). Температура стенки трубы постоянна: t_с = 175 ͦ C. Найдите количество пара G_2^', конденсирующегося в единицу времени на участке трубы 2 ≤ x ≤ 4 м, и отношение G_2^'/G ,где G – расход конденсата, образующегося на всей трубе.
7.11 Найдите, сколько пара (кг/c) конденсируется на вертикальной трубе, если известно, что t_s = 140 ͦ C; t_с = 135 ͦ C; d = 40 мм; l = 4,5 м. Как изменится расход конденсирующего пара, если на трубе равномерно расположить пять конденсатоотводящих колпачков ?
7.14 Сколько конденсатоотводящих дисков следует разместить на трубе (d = 40 мм; l= 1,243 м), чтобы расположение трубы (горизонтальное или вертикальное) не сказывалось на значении коэффициента теплоотдачи α? Известно, что температура насыщения t_s = 100 ͦ C; температура стенки t_с = 90 ͦ C.
7.18 Найдите среднюю температуру стенки вертикально расположенной трубы, в которой конденсируется водяной пар при давлении p_п = 1,55 МПа, если известно что x_вх = 0,8; x_вых = 0,4; d=16 мм; l=2,5 м, q ̅ = 1,3 МВт/м^2.
8.3 Найдите число Льюиса для влажного воздуха, температура которого t = 20 ͦ C, давление p = 0,101 МПа, относительная влажность φ = 0,7.
8.4 Плоское влажное изделие длиной l_0 = 0,5 м продольно омывается потоком сухого воздуха, для которого температура t_∞= 20 ͦ C, давление p = 0,202 МПа, скорость ω_∞ = 1 м/с. Температура изделия постоянна по всей длине (t_с= 20 ͦ C). Найдите коэффициент массоотдачи при x=l_0.
8.5 Найдите плотность диффузионного потока массы пара j_1c теплового потока, подводимого к межфазной границе со стороны жидкой фазы, q_c^' и теплового потока от межфазной границы в паровоздушную среду q_c^'' для условий задачи 8.4 с той лишь разницей, что температура изделия t_с = 30 ͦ C. Найдите также скорость стефанового потолка массы ω_(с.п) на поверхность пластины.
8.16 Капля воды находится во влажном воздухе. Парциальное давление водяного пара равно 7,01*〖10〗^4 Па, а полное давление составляет 9,01*〖10〗^4 Па. В данный момент времени диаметр капли составляет d = 2 мм, а ее температура t_с= 86 ͦ C. Найдите плотность диффузионного потока j_1c, плотность полного потока J_1c, скорость стефановского потока ω_(с.п), а также плотность теплового потока q_c^'' на поверхности капли. Движением капли относительно воздуха пренебречь и считать, что Le = 1.
8.21 Термометр, обернутый влажной тканью, поперечно омывается потоком воздуха, параметры которого t_∞ = 20 ͦ C; p = 0,101 МПа; φ = 70 %. Найдите температуру термометра.
8.22 Капля воды диаметром d = 0,5 мм попадает в поток перегретого пара. Температура капли равна 200 ͦ C, а давление – 0,101 МПа. Оцените время испарения капли. Считайте, что относительная скорость движения капли равна нулю.
9.5 На вертикальной плоской стенке, температура которой t_ст = 78 ͦ C, происходит пленочная конденсация водяного пара из паровоздушной смеси. Давление равно 7*〖10〗^4 Па, парциальное давление воздуха вдали от стенки составляет 2,264*〖10〗^4 Па. Паровоздушная смесь движется сверху вниз со скоростью 8 м/с. Пренебрегая динамическим воздействием потока смеси на стекающую пленку, найдите для сечения x = 0,1 м температуру поверхности t_с, плотность отводимого стенкой теплового потока q_c^'.
10.5 В космическом пространстве на околоземной орбите вращается сферическая частица метеорита. Найти температуру частицы, когда она находится на солнечной стороне Земли. Плотность потока излучения солнца на площадке, разложенной перпендикулярно лучам вблизи Земли, но за пределами ее атмосферы, равна 1,55 кВт/м^2. Принять: а)частица – серое тело; б)степень черноты частицы ε = 0,1 , а поглощательная способность А = 0,2.
10.7 На рисунке показана схема пирометра – прибора для измерения высоких температур. Нить лампы пирометра нагревается до такой температуры, при которой ее яркость совпадает с яркостью данного тела. Степень черноты тела при λ = 0,65 мкм ε_λ = 0,8. Чему равна температура тела, если по шкале прибора, отградуированной по излучению абсолютно черного источника, T = 1900 K ?
10.10 Чему равны степень черноты серого тела и значение E_соб при температуре T = 800 K, если E_пад = 60 кВт/м^2, E_погл = 48 кВт/м^2 ?
10.25 Излучающая система имеет форму цилиндра конечной длины (d = 1,2 м; h = 2 м). Для одного основания цилиндра T_1 = 1000 K; A_1 = 0,8 , для другого T_2 = 800 K; A_2 = 0,6. Для боковой поверхности T_3 = 500 K; A_3 = 0,9. Найти E_рез1, E_рез2, E_рез3.
10.31 Выполните расчет теплообмена излучением между поверхностями плоской ребристой стенки. Размер ребер, перпендикулярных к плоскости чертежа, значительно больше l. Температура стенки (та же, что и температура основания ребра) равна 373 K, а температура воздуха на стороне ребристой стенки составляет 293 K. Вдоль ребра температура изменяется по закону : T = 293 + 80 (ch [15,8 (l-x)])/(ch (15,8l)) , где x – координата, отсчитываемая от основания ребра, м; l = 0,08 м. Размер a = 0,04 м. Степень черноты поверхности ребер и неоребренной поверхности стенки ε = 0,8.
11.3 Камера, имеющая форму параллелепипеда со сторонами 1 м, 2 и 3 м, заполненная продуктами сгорания 〖CO〗_2 и H_2 O. Температура газов T = 1500 K. Полное давление смеси 0,101 МПа, а парциальное давление p_(〖CO〗_2 ) = 10 кПа, p_(H_2 O) = 20 кПа. Найти среднюю плотность потока собственного излучения данной среды на стенке камеры.
11.5 Газообразные продукты сгорания (p = 0,101 МПа) омывают поверхность труб конвективного пароперегревателя парового котла. Объемная доля H_2 O r_(H_2 O) = 0,11, объемная доля 〖CO〗_2 r_(〖CO〗_2 ) = 0,13, температура продуктов сгорания t_г = 950 ͦ C, температура труб t_с = 500 ͦ C. Трубы расположены в шахматном порядке; их диаметры d = 38 мм, продольный и поперечный шаги s_1/d=s_2/d=2. Степень черноты труб ε_с = 0,8. Найти плотность потока результирующего излучения на стенках труб и коэффициент теплоотдачи излучением.
12.5 В трубчатом прямоточном теплообменнике теплоноситель охлаждается от температуры t_1^' = 350 ͦ C до t_1^'' = 120 ͦ C. Известно, что G_1= 0,946 кг/с; с_p1 = 1,0 кДж/ (кг * K); G_2= 0,866 кг/с; с_p2 = 4200 кДж/ (кг * K); α_1 = 200 Вт/(м^2*K); α_2 = 1500 Вт/(м^2*K); t_2^'' = 80 ͦ C. Термическим сопротивлением стенки трубы можно пренебречь. Найти t_1 и t_2 в сечении, отстоящем от выхода теплоносителя на расстоянии 0,25h, где h – высота теплообменника.
12.14 Произвести тепловой и гидравлический расчеты вертикального пароводяного теплообменника, предназначенного для подогрева воды от температуры t_2^' = 45 ͦ C до t_2^'' = 105 ͦ C. Расход воды G_2= 125 кг/с, давление p_2= 0,2 МПа. Параметры пара на входе: p_1= 0,45 МПа; t_1^' = 150 ͦ C. Вода движется по трубам (d_1 = 20 мм; d_2 = 24 мм; латунь) со скоростью ω_2 = 1 м/с. Пар движется в межтрубном пространстве с малой скоростью и полностью конденсируется. Найти площадь поверхности нагрева F, высоту теплообменника h, диаметр корпуса D, гидравлическое сопротивление по воде Δp, мощность N на перекачку воды.
12.23 Произвести тепловой расчет змеевикового экономайзера, предназначенного для подогрева воды в количестве G_2= 125 кг/с от температуры t_2^' = 94 ͦ C до t_2^'' = 190 ͦ C (p_2= 3 МПа). Скорость воды в стальных трубах (Ст.30; d_1 = 44 мм; d_2 = 51 мм) равна ω_2 = 0,5 м/с. Дымовые газы: G_1= 350 кг/с; t_1^' = 400 ͦ C; ω_1 = 10 м/с (в узком сечении шахматного пучка). Поперечный шаг s_1=1,8 d_2, продольный s_2=1,6 d_2. Найти F, число параллельно выполненных змеевиков n, длину отдельного змеевика l.
12.30 Выполнить тепловой расчет испарителя энергетической установки с натриевым теплоносителем. Испаритель представляет собой вертикальный кожухотрубный противоточный теплообменный аппарат. В межтрубном пространстве сверху вниз протекает натрий. Температура натрия на входе t_1^' = 500 ͦ C, на выходе t_1^'' = 350 ͦ C. Поверхность теплообмена выполнена из нержавеющих стальных труб 16 х 2,5 мм. В трубных досках трубы расположены по сторонам правильных шестиугольников с шагом 30 мм. В испарителе происходит нагревание питательной воды до температуры насыщения t_s, ее испарения, а так же перегрев пара на величину равную 25 ͦ C . Расход воды G_2= 22,85 кг/с, ее температура, давление и скорость на входе равны соответственно t_2^' = 220 ͦ C ; p_2= 13 МПа; ω_1 = 1,1 м/с. Найти площадь поверхности теплообмена F и испарителя h; F_1 – площадь участка между входным сечением и сечением, в котором температура воды равна t_s; F_2 - площадь участка с кипением ненасыщенной жидкости, на котором паросодержание x меньше граничного паросодержания x_гр; F_3 – площадь участка с ухудшенной теплоотдачей при кипении воды; F_4 – площадь участка перегрева пара.
12.32 В теплообменном аппарате на наружной поверхности вертикально расположенной латунной трубы с диаметром и толщиной стенки d_2 x δ = 19 x 1,5 мм конденсируется сухой насыщенный водяной пар (p_s = 1,55 МПа; t_s = 200 ͦ C). По трубе сверху вниз протекает вода, расход которой G = 0,12 кг/с. Давление воды p = 2,0 МПа, ее температура на входе в трубу t_0 = 120 ͦ C, а на выходе из нее t_вых = 180 ͦ C. Найдите высоту трубы.