Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Задача №2

Определить толщину слоя изоляции паропровода наружным диаметром , если при температуре поверхности паропровода наружная поверхность изоляции имеет температуру . Коэффициент теплопроводности изоляции Температура окружающего воздуха Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде

Данно: Решение:

. . .

По закону Фурье для цилиндрической стенки:

По закону Ньютона – Рихмана:

Приравниваем (1) и (2)

Решаем данное уравнение графически и находим :

Тогда

Ответ:

 

 

Задача №12.

Плоская стальная стенка толщиной омывается с одной стороны дымовыми газами с температурой , а с другой стороны – водой с температурой Коэффициенты теплоотдачи со стороны газов и со стороны воды соответственно и . Коэффициент теплопроводности материала стенки . Определить плотность теплового потока через стенку и температуру ее поверхностей со стороны газов и воды для случая чистой стенки, а также для случая, когда она покрыта слоем накипи (коэффициент теплопроводности , толщина ). Для обоих случаев показать графически распределение температуры по толщине стенки.

 

Дано: Решение:

1) Стенка без накипи:

линия распределения

температур

 

Плотность теплового потока:

 

2) Стенка покрыта слоем накипи:

линия распределения

температур

 

Плотность теплового потока:

;

Ответ:
;

Задача №16.

Определить применительно к задаче №15 время, в течение которого разность температур на поверхности и на оси болванки достигнет .

Стальная цилиндрическая болванка диаметром d=100 мм, имеющая начальную температуру , нагревается в печи с постоянной температурой Коэффициент теплоотдачи к поверхности болванки , физические параметры , , считать постоянными.

 

Дано: Решение:

1. Из определения безразмерных температур

Отсюда:

, отсюда

2. По формулам для безразмерных температур

получаем:

Отсюда находим число Фурье:

 

Найдем число Био:

где

4. По таблицам находим:

5. Находим число Фурье:

6. Найдем время нагрева:

Ответ:

Задача №20.

По трубе внутренним диаметром d = 50 мм течет вода со средней скоростью w = 0,4 м/с. Средняя температура воды , температура стенки трубы постоянна. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи и количество передаваемого в единицу времени тепла (тепловой поток), если относительная длина трубы l/d = 10.

 

Дано: Решение:

. .

 

 

Определим режим течения, для этого найдем число Рейнольдса:

где – коэффициент кинематической вязкости, для воды при – по таблице 3;

Используем критическое уравнение для турбулентного течения:

по справочнику.

 

Определим коэффициент конвективной теплоотдачи:

где по справочнику;

Определим количество тепла:

где

где

Ответ:

 

Задача №30.

Определить температуру поверхности воды , прогреваемой потоком сухого воздуха с температурой , если коэффициент теплоотдачи от воздуха к воде . На основании аналогии тепло- и массообмена найти количество воды, которое испаряется за час с поверхности, приняв коэффициент диффузии водяного пара в воздух , теплоту парообразования , коэффициент теплопроводности воздуха .

Дано: Решение:

1. Найдем число Грасгофа:

2. Найдем диффузионное число Нуссельта:

3. Найдем коэффициент массоотдачи:

 

4. Найдем плотность потока вещества:

5. Найдем количество испарившейся за час воды:

6. Найдем температуру поверхности воды:

 

Ответ:

 

Задача №32.

Для измерения температуры движущегося с относительно небольшой скоростью горячего воздуха в канале установлена термопара, показание которой Какова действительная температура воздуха, если коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к спаю , степень черноты спая а температура стенок канала ?

 

Дано: Решение:

Составим уравнение теплового баланса:

; отсюда:

 

Ответ:

 

 

Задача №42.

Определить температуру масла на выходе из масляного холодильника тепловоза на основании следующих данных: площадь поверхности охлаждения масляных радиаторов температура масла на входе в холодильник расход масла температура охлаждающего воздуха на входе в холодильник расход воздуха теплоемкость масла теплоемкость воздуха расчетный коэффициент теплопередачи Примечание. Температурный напор можно определить по средней арифметической разности температур масла и воздуха.

 

Дано: Решение:

так как мы не знаем температуру на выходе

зададимся температурой

По уравнению теплового баланса найдем

количество теплоты:

(1)

Найдем средний температурный напор через

уравнение теплопередачи:

Откуда выразим

Найдем температуру масла на выходе:

Уточним найденное значение через уравнение теплового баланса:

Сравним значения найденные по (1) и (2):

Зададимся температурой

Сравним результаты (3) и (4):

Так как - что является допустимым, то .

Ответ: .

 

Федеральное агентство железнодорожного транспорта