Задачи по теплопередаче

1. Вычислить потери теплоты через единицу поверхности кирпичной обмуровки парового котла в зоне размещения водяного экономайзера, если толщина стенки d=250мм, температура газов t_ж1=700°С и воздуха в котельной t_ж2=30°С. Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки a₁=23 Вт/(м²×°С) и от стенки к воздуху a₂=12 Вт/(м²×°С). коэффициент теплопроводности стенки l=0,7 Вт/(м×°С).

2. Вычислить температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температура дымовых газов t_ж1=1000°С, кипящей воды t_ж2=200°С; коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке a₁=100Вт/(м²×°С) и от стенки к кипящей воде a₂=5000 Вт/(м²×°С). Коэффициент теплопроводности материала стенки l=50 Вт/(м×°С) и толщина стенки d=12мм. Решить задачу при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовых газов покрылась слоем сажи толщиной d_с=1мм [l_с=0,08 Вт/(м×°С)] и со стороны воды слоем накипи d_н=1мм [l_н=50 Вт/(м×°С)]. Вычислить плотность теплового потока через 1м² загрязненной поверхности нагрева и температуры на поверхностях соответствующих слоев t_с1, t_с2, t_с3, t_с4. Нарисовать распределение температуры по слоям стенки. Сравнить результаты расчета с ответом задачи 2 и определить уменьшение тепловой нагрузки.

3. Вычислить плотность теплового потока q,Вт/м², в пластинчатом воздухоподогревателе, если известно, что средняя температура газов t_ж1=315°С и средняя температура воздуха t_ж2=135°С, соответственно коэффициенты теплоотдачи a₁=23 Вт/(м²×°С) и a₂=30 Вт/(м²×°С). Толщина листов подогревателя d=2мм. Коэффициент теплопроводности материала листов l=50 Вт/(м×°С).

4. Определить температуры на поверхностях кирпичной стены помещения толщиной в 2 кирпича (d=510мм) с коэффициентом теплопроводности l=0,8 Вт/(м×°С). Температура воздуха внутри помещения t_ж1=18°С; коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки a₁=7,5Вт/(м²×°С); температура наружноговоздуха t_ж2= -30°С; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены. обдуваемой ветром, a₂=20Вт/(м²×°С). Решить задачу, если стена покрыта снаружи слоем тепловой изоляции толщиной 50мм с коэффициентом теплопроводности l=0,08 Вт/(м×°С). Сравнить потери теплоты через изолированную и неизолированную стенки. Нарисовать распределение температур по слоям стенки.

5. Определить тепловой поток через наружную стену холодильника размером 40х6 м. Температура наружного воздуха t₁=28°С, температура воздуха в холодильнике t₂= -20°С. Стена холодильника толщиной 250мм с коэффициентом теплопроводности l=1,28 Вт/(м×К) покрыта слоями: пароизоляции d_п=5мм и l_п=0,82 Вт/(м×К), теплоизоляции d_т=250мм и l_т=0,05 Вт/(м×К), штукатурки d_ш=20мм и l_ш=0,78 Вт/(м×К). Коэффициенты теплоотдачи: от наружного воздуха к стене a₁=23,3Вт/(м²×К); от внутренних стен к воздуху в холодильнике a₂=10,5Вт/(м²×К).

6. Стена здания выполнена из строительного кирпича толщиной d=350мм, с обеих сторон покрыта штукатуркой толщиной 20мм. Коэффициенты теплоотдачи; от наружного воздуха к стене a₁=25,4 Вт/(м²×К), от стены к воздуху в помещении a₂=8,5 Вт/(м²×К). Температура наружного воздуха t_н= -30°С, температура внутри помещения t_в=22°С. Определить удельный тепловой поток и температуру внутренней поверхности стены t_в если коэффициенты теплопроводности кирпича l_к=0,81 Вт/(м×К) и штукатурки l_ш=0,78 Вт/(м×К). Какими станут тепловой поток и температура внутренней поверхности стен, и если стены внутри оклеить гофрированной бумагой l_б=0,064 Вт/(м×К) толщиной 5мм.

7. Найти площадь поверхности нагрева секционного водо-водяного подогревателя производительностью Q=1500 КВт при условии, что средняя температура нагреваемой воды t_ж2=77°С. Поверхность нагрева выполнена из латунных трубок диаметром d₁/d₂=14/16мм с коэффициентом теплопроводности l_с=120 Вт/(м×°С). На внутренней поверхности трубок имеется слой накипи d_н=0,2мм с коэффициентом теплопроводности l_н=2 Вт/(м×°С). Коэффициент теплоотдачи со стороны греющей воды a₁=10000 Вт/(м²×°С) и со стороны нагреваемой воды a₂=4000 Вт/(м²×°С). Так как отношение диаметров d₁/d₂=<1,8, то расчет можно провести по формуле для плоской стенки.

8. Вычислить потерю теплоты с 1м неизолированного трубопровода диаметром d₁/d₂=150/165мм, проложенного на открытом воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой t_ж1=90°С и температура окружающего воздуха t_ж2= -15°С. Коэффициент теплопроводности материала трубы l=50 Вт/(м×°С). Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы a₁=1000 Вт/(м²×°С) и от трубы к окружающему воздуху a₂=12 Вт/(м²×°С). Определить так же температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.

9. По изолированному стальному трубопроводу диаметром 50х3,5мм течет холодный агент температурой -25°С, коэффициент теплоотдачи от стены к холодному агенту a₂=1520 Вт/(м²×К). Температура воздуха в помещении t_в=20°С, коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности трубопровода a₁=12,5 Вт/(м²×К). Изоляцией служит слой стекловаты толщиной 100мм. Определить потери холода с изоляцией и без нее.

10. По трубопроводу, покрытому изоляцией, с наружным диаметром 280мм и длиной 20м, протекает холодный агент температурой t_х= -17°С; температура окружающего воздуха t_в=18°С, коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности a₁=25,5 Вт/(м²×К), коэффициент теплопередачи К=0,36 Вт/(м²×К). Определить тепловой поток к холодному агенту и температуру на наружной поверхности трубопровода.

ЛЕКЦИЯ 11