Расчет перекрытий

Задача № 1

Определить мощность теплового потока при конвективной теплопередаче через трубу заданного диаметра длиной 10 м. Обосновать выбор расчетного уравнения, применяемого для режима задачи. Конвективный теплообмен характеризуется вынужденной конвекцией. Поток движется внутри трубы.

Диаметр трубы со стороны потока жидкости м.

Температура стенки трубы со стороны потока жидкости °С.

Средняя температура жидкости °С.

Род жидкости Вода.

Средняя скорость потока м/с.

Решение

Для определения режима движения воды вычислим значение числа Рейнольдса.

При °С кинематическая вязкость воды м2/с.

.

Т.к. , то режим течения турбулентный.

При °С:

Критерий Прандтля ;

Динамический коэффициент вязкости Па·с;

Коэффициент теплопроводности теплоносителя Вт/(м·°С).

При °С динамический коэффициент вязкости составляет Па·с.

.

Определим число Нуссельта:

,

где - при охлаждении жидкости.

.

Определим коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м2·°С).

Определим мощность теплового потока:

кВт.

Ответ: 161,58 кВт.

Задача № 2

Определить мощность теплового потока при конвективной теплоотдаче через трубу заданного диаметра длиной 10 м. Обосновать выбор критериальной формулы, применяемой для решения задачи. Конвективный теплообмен характеризуется условиями свободной конвекции вблизи горизонтальной трубы.

Диаметр трубы м.

Температура на поверхности трубы °С.

Средняя температура жидкости °С.

Род жидкости Вода.

Решение:

При °С находим:

Коэффициент теплопроводности теплоносителя Вт/(м·°С);

Кинематическая вязкость м2/с;

Критерий Прандтля ;

Коэффициент объемного расширения К-1.

Определим число Рэлея:

.

Определим число Нуссельта:

,

для горизонтальной трубы коэффициенты С и n имеют следующие значения при:

С = 0,125;

n = 0,33.

.

Определим коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м2·°С).

Определим мощность теплового потока:

кВт.

Ответ: 387,16 кВт.

Задача № 3

Определить:

а) средний коэффициент теплоотдачи и сравнить результат с данными номограммы рис. 12-8;

б) мощность теплового потока, отводимого трубой при конденсации пара;

в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию неподвижного пара).

Давление сухого насыщенного водяного пара МПа.

Пар конденсируется на стенках трубы. Стенка расположена вертикально.

Длина трубы м.

Диаметр трубы м.

Температура стенки °С.

Решение:

Определим величину числа подобия для вертикальной трубы:

,

где - темпемпературный напор;

Температура насыщения при МПа составляет °С, тогда °С.

м - длина трубы;

м2/с - кинематический коэффициент вязкости конденсата при температуре насыщения;

Вт/(м·°С) - коэффициент теплопроводности конденсата при температуре насыщения;

кг/м3 - плотность конденсата при температуре насыщения;

кДж/кг - теплота парообразования при температуре насыщения.

.

Так как , то режим стекания пленки ламинарный. В этом случае расчет числа Рейнольдса производим по формуле:

.

Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:

Вт/(м2·°С).

Определим коэффициент теплоотдачи по номограмме:

По диаграмме коэффициент теплоотдачи составляет 4569 Вт/(м2·°С).

Определим мощность теплового потока:

конвективный теплопередача пар теплообменник

кВт.

Определим расход конденсата стекающего с трубы:

кг/с = 12,83 кг/ч.

Ответ: а) 4303,90 Вт/(м2·°С);

б) 8,65 кВт.

в) 12,83 кг/ч.

Задача № 4

Определить расход пара на обогрев воды в пароводяном теплообменнике при условии, что весь пар в теплообменнике превращается в конденсат, выходящий из теплообменника в состоянии насыщения при давлении греющего пара. Найти поверхности нагрева в теплообменнике при условии, что средний коэффициент теплопередачи Вт/(м2·К).

Представить схематично графики изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева. Объяснить, зависит ли средний логарифмический температурный напор и площадь поверхности нагрева от включения теплоносителей по схеме «прямоток» или «противоток». Потерями тепла через стенки теплообменника в окружающую среду пренебречь.

Расход воды в пароводяном теплообменнике м3/мин.

Температура воды:

на входе °С;

на выходе °С.

Давление греющего пара (при степени сухости 0,98) МПа.

Решение:

Определим количество тепла передаваемое от пара к воде в теплообменнике:

,

где кг/с.

кДж/(кг·К) - массовая теплоемкость воды.

кВт.

Определим расход пара на обогрев воды в пароводяном теплообменнике из формулы:

, ,

где кДж/кг - энтальпия пара при давлении насыщения МПа.

кДж/кг - энтальпия конденсата греющего пара при давлении насыщения МПа.

кг/с.

В данном случае логарифмический температурный напор и площадь поверхности нагрева не зависят от включения теплоносителей по схеме «прямоток» или «противоток», т.к. температура пара и его конденсата не изменяется°С.

Температурный напор при прямотоке:

.

°С.

Рисунок 1 - График изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева при прямотоке

Температурный напор при противотоке:

.

°С.

Рисунок 2 - График изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева при противотоке

Определим площадь поверхности нагрева:

м2.

Ответ: кг/с, м2.