МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «ТЕПЛОТЕХНИКА И ГИДРАВЛИКА»
СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА №2
«ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
Выполнил: студент группы АТ-312
Литвинов Александр Владимирович
Проверил: Галимов Марат Мавлютович
ВОЛГОГРАД 2003
Задание:
В теплообменном аппарате вертикальная плоская стенка толщиной ? =
5,5 мм, длиной l = 1,45 м и высотой h = 0,95 м выполнена из стали с
коэффициентом теплопроводности ?с = 50 Вт/(мК) (рис. 1). С одной
стороны она омывается продольным вынужденным потоком горячей
жидкости (воды) со скоростью w = 0,525 м/с и температурой tж1 = 80
єС (вдали от стенки), с другой стороны – свободным потоком
атмосферного воздуха с температурой tж2 =10 єС.
?c
tж1 tж2
q h
? l
Требуется:
1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов
занести в таблицу. Лучистым теплообменом пренебречь из-за малых
значений [pic]и [pic].
2. Провести расчетное исследование вариантов интенсификации
теплопередачи при неизменной разности температур между горячим и
холодным теплоносителями.
2.1. Определить коэффициент теплопередачи при: а) увеличении в 5,
10, 15 раз коэффициентов теплопередачи ?1, ?2 и поверхности стенки
F как со стороны горячей жидкости ([pic]), так и со стороны воздуха
([pic]) . б) замене стальной стенки на латунную ([pic]) ,
алюминиевую ([pic]) и медную ([pic]) с коэффициентами
теплопроводности соответственно
[pic], [pic], [pic].
Результаты расчетов занести в таблицу.
2.2. Определить степень увеличения коэффициента теплопередачи при
изменениии каждого из варьируемых факторов ?i по формуле: [pic],
где
K, Ki – коэффициенты теплопередачи до и после интенсификации
теплопередачи.
Результаты расчетов свести в таблицу.
2.3. Обозначив степень изменения варьируемых факторов через z,
построить в масштабе (на одном рисунке) графики: [pic], [pic],
[pic],
[pic], [pic].
2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы
о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.
Решение:
1. Для нахождения коэффициентов теплоотдачи ? необходимо выбрать
уравнения подобия и найти числа подобия.
При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть
использовано следующее уравнение подобия: [pic]; Для воды при
температуре 80єС характерны следующие параметры: [pic]; [pic];
[pic]; [pic]; [pic]=> с = 0,037; n1 = 0,8; n2 = 0,43;
Зададимся температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой
[pic]и нагреваемой [pic]сред.
Учитывая рекомендации (для
металлических стенок в первом приближении можно принять[pic];
температура стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны
которой ? выше; при вынужденном движении величина ? обычно
значительно больше, чем при свободном), выбираем [pic]. При
температуре 75єС [pic]. [pic]; При свободном движении (естественной
конвекции) вдоль вертикальных поверхностей может быть использовано
следующее уравнение подобия: [pic]; Для воздуха при температуре
10єС характерны следующие параметры: [pic]; [pic]; а при
температуре 75єС [pic]. [pic]; [pic] [pic]; [pic]; [pic];
Коэффициенты теплоотдачи: [pic]; [pic];
Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки: [pic]; Плотность
теплового потока: [pic]; Проверка правильности принятия для
температур [pic]и [pic]для расчета: [pic]; [pic]; Отклонения:
[pic]=> допустимо; [pic]=> допустимо;
Таблица 1
Результаты расчета
|?1, |?2, |1/ ?1, |1/ ?2, |?/?с, |R, |K, |q, |
|Вт/(м2К)|Вт/(м2К)|м2К/Вт |м2К/Вт |м2К/Вт |м2К/Вт
|Вт/(м2К)|Вт/(м2К)| |2697,662|6,990 |0,0004 |0,1431 |0,0001 |0,1436
|6,9666 |487,662 |
2.1.Коэффициенты теплопередачи при изменении каждого из варьируемых
факторов: [pic]; [pic] [pic]; [pic] [pic]; [pic] [pic]; [pic]
[pic]; [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]
Таблица 2
Результаты расчета
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|6,9810|6,9828|6,9834|6,9810|6,9828|6,9834|34,372|67,627| | | | | |
| |5 |7 | |Вт/(м2К) |
2.2. Степень увеличения коэффициента: [pic]; [pic]; [pic]; [pic];
[pic]; [pic]; [pic]; [pic]; [pic]; [pic]; [pic]; [pic]; [pic];
[pic]; [pic]
Таблица 3
Результаты расчета
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|1,0021|1,0023|1,0024|1,0021|1,0023|1,0024|4,9339|9,7074|
[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | |14,3282 |4,9339
|9,7074
|14,3282 |1,0004 |1,0006 |1,0007 | |
2.3.Графики:[pic],[pic],[pic],[pic],[pic].[pic]Наклонная линия
характеризует 2 наложенных друг на друга графика функций [pic]и
[pic]. Линия, почти параллельная оси абсцисс, характеризует 3
наложенных друг на друга графика функций [pic], [pic] и [pic].
2.4. Выводы:
1. из таблицы 1 видно, что величину полного термического
сопротивления и коэффициента теплопередачи определяет термическое
сопротивление теплоотдачи со стороны стенки, омываемой свободным
потоком атмосферного воздуха.
2. из графика, таблиц 2 и 3 видно, что увеличение коэффициента
теплоотдачи и поверхности стенки со стороны горячей жидкости, а
также изменение материала стенки практически не увеличивают
теплопередачу. А увеличение коэффициента теплоотдачи и поверхности
стенки со стороны воздуха является эффективным средством ее
интенсификации, поскольку термическое сопротивление со стороны
стенки, омываемой свободным потоком атмосферного воздуха, вносит
наибольший вклад в полное термическое сопротивление
теплопередачи.
3. необходимо уменьшать наибольшее из частных термических
сопротивлений, предварительно численно вычислив каждое
сопротивление. -----------------------
W
Теплопередача
86
0
3 минуты
Темы:
Понравилась работу? Лайкни ее и оставь свой комментарий!
Для автора это очень важно, это стимулирует его на новое творчество!