Тепломассообмен. Методические указания и контрольные задания

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет Кафедра «Теплогазоснабжения, вентиляции и теплотехники»

ТЕПЛОМАССООБМЕН Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников специальности «Тепловые электрические станции»

Составители: Батуев Б.Б. Матханова В.Э. Аюрова О.Б.

Улан-Удэ,2003

ВВЕДЕНИЕ Предмет «Тепломассообмен» и предшествующий ему предмет «Техническая термодинамика» составляют теоретический фундамент теплотехники. На базе этих дисциплин осуществляются расчеты и проектирование тепловых двигателей, компрессоров, сушильных и холодильных установок, теплогенераторов, теплообменников и др. Знание материала этих дисциплин позволяет технически грамотно эксплуатировать указанное оборудование и осуществлять мероприятия по повышению его экономических показателей. При изучении указанных предметов рекомендуется обратить внимание на основные направления развития теплоэнергетики в нашей стране и за рубежом, на вклад отечественных ученых и инженерно-технических работников в формирование технической термодинамики и теории тепло и массообмена. Раздел I. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА Изучение раздела следует начать с рассмотрения видов теплообмена: теплопроводности, конвекции и лучистого теплообмена. Необходимо уяснить физические основы переноса тепла в каждом случае теплообмена, освоить понятия – температурное поле, градиент температур и тепловой поток, а также различать стационарный и нестационарный режимы теплообмена. Основной закон распространения тепла теплопроводностью установлен Фурье и носит его имя. Величину теплового потока в условиях передачи тепла теплопроводностью можно определить с помощью уравнения Фурье, в состав которого входит коэффициент теплопроводности (λ). Следует понять физический смысл λ и его зависимость от

структуры, плотности и влажности вещества, а также от других факторов. В курсе на основе закона Фурье выведены расчетные формулы теплопроводности для разных тел при стационарном режиме. Необходимо освоить методы определения теплового потока, проходящего через плоскую и цилиндрическую стенки (однослойные и многослойные). Явление конвекции наблюдается в жидкостях и газах, где перенос тепла происходит в результате перемещения частиц вещества в пространстве. В технике очень часто встречается случай теплообмена между поверхностью твердого тела и средой, находящейся в жидком или газообразном состоянии. Этот случай называется конвективной теплоотдачей. Интенсивность конвективного теплообмена характеризуется коэффициентом теплоотдачи (α), а величина теплового потока при этом определяется по формуле Ньютона. Следует понять физический смысл α и его зависимость от условий, в которых протекает конвективный теплообмен. Рассматривая отдельные случаи конвективного теплообмена, необходимо познакомиться с эмпирическими формулами, которые условия теплоотдачи связывают с критериями подобия – числом Рейнольдса (Rе), числом Прандтля (Pr), числом Грасгофа (Gr). Необходимо знать критерий подобия, характеризующий интенсивность процесса конвективного теплообмена – число Нуссельта (Nи). Внимательному рассмотрению должны быть подвергнуты случаи конвективного теплообмена (теплоотдачи) при свободном и вынужденном движении жидкости или газа, в том числе при свободном движении жидкости или газа в неограниченном и ограниченном пространствах, при движении потока в трубах, при поперечном омывании потоком жидкости или газа одиночной трубы и пучка труб. При изучении конвективного теплообмена в условиях фазовых превращений следует обратить внимание на особенности теплоотдачи при

пузырьковом и пленочном кипении жидкости, а также на теплоотдачу при капельной и пленочной конденсации пара. Формулы для определения α при фазовых превращениях представлены не в критериальной зависимости, а в явном виде. При изучении лучистого теплообмена необходимо усвоить основные законы теплового излучения, в т.ч. закон Стефана-Больцмана, который определяет зависимость излучательной способности тела (плотность потока излучения) от температуры. Внимательно должны быть рассмотрены случаи лучистого теплообмена между телами, поверхность которых имеет различную форму (плоскую, сферическую), разделенными прозрачной для тепловых лучей средой. Следует разобрать характер теплового излучения газовой среды, а также влияние экранов на лучистый теплообмен между телами. Сложные случаи теплообмена, когда приходится учитывать и теплопроводность, и конвекцию, а в ряде случаев и лучистый теплообмен, называют теплопередачей. Необходимо разобрать наиболее характерные случаи теплопередачи, и, в первую очередь,теплопередачу от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Рекомендуется освоить выводы уравнений теплопередачи через однослойную и многослойную плоские стенки, через однослойную и многослойную цилиндрические стенки, через стенку шаровой формы, а также через ребристую стенку в стационарных условиях теплообмена. Уравнения теплопередачи во всех случаях приводятся к виду, в котором они включают коэффициент теплопередачи (К). Следует четко представлять физический смысл коэффициента теплопередачи и его зависимость от термического сопротивления расчетного участка теплообмена. Очень важно при освоении курса разобраться в способах интенсификации процесса теплопередачи и способах

уменьшения теплового потока при теплопередаче. Необходимо познакомиться с наиболее распространенными теплоизоляционными материалами, рассмотреть условия рационального выбора материалов для тепловой изоляции зданий, тепловых машин и аппаратов, трубопроводов. При изучении той части раздела, которая посвящена теплообменным аппаратам (теплообменникам), следует познакомиться с их классификацией, принципиальными схемами, основными схемами движения теплоносителей и методикой теплового расчета теплообменника. Расчет теплообменника может быть или поверочным, или конструктивным. При этом, в зависимости от поставленных задач, определяются тепловая мощность теплообменника, расходы теплоносителей, начальные и конечные температуры греющей и нагреваемой сред, поверхность нагрева теплообменника. Методика теплового расчета теплообменника базируется на решении уравнений теплового баланса и уравнения теплопередачи. Первые из них связывают тепловую мощность теплообменника с расходами теплоносителей, второе – тепловую мощность теплообменника с поверхностью нагрева. Уравнение теплопередачи включает в себя также коэффициент теплопередачи и средний температурный напор в теплообменнике. Следует освоить методы расчета среднего температурного напора, величина которого находится в зависимости от принятой схемы движения теплоносителей в теплообменном аппарате. Л и т е р а т у р а: [1], [2], [5], [6]. Вопросы для проверки усвоения материала раздела I см. [I, с. 323-324, 347, 384-385, 406-407, 418-419, 441-442, 455-456 ].

Раздел II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАССООБМЕНА Во многих случаях процессы теплообмена, происходящие в природе и технике, сопровождаются внешним и внутренним массообменом. Массообмен – это необратимый процесс переноса массы компонента смеси в пространстве с неоднородным полем концентрации или других физических величин (например, температуры), который имеет место при испарении жидкостей, при конденсации пара, лежит в основе таких явлений, как адсорбция, окисление и др. Между процессами теплообмена и массообмена существует аналогия, основанная на общности механизма переноса энергии и массы вещества. Поэтому основные законы тепло- и массообмена имеют аналогичные математические выражения. При изучении данного раздела курса следует, прежде всего, разобраться в таких понятиях, как молекулярная диффузия и конвективный массообмен. В первом из этих случаев перенос массы вещества определяется законом Фика, согласно которому плотность диффузионного потока массы вещества прямо пропорциональна градиенту концентрации, взятому с обратным знаком; коэффициентом пропорциональности при этом выступает коэффициент молекулярной диффузии (D). При конвективном массообмене расчет массопереноса может осуществляться по формуле, аналогичной зависимости для определения теплового потока в условиях конвективного теплообмена. Согласно этой формуле плотность потока массы вещества прямо пропорциональна разности ее концентрации на границах расчетного участка; при этом в качестве коэффициента пропорциональности выступает коэффициент массоотдачи (β).

Такой подход позволяет достаточно просто (в методическом отношении) решать задачи конвективного теплообмена, сопровождающегося явлением массообмена. При анализе процессов массообмена используют также, как и в исследованиях теплообмена, ряд безразмерных критериев подобия. Рекомендуется познакомиться с диффузионным числом Нуссельта (NuD), характеризующим интенсивность процесса массообмена, а также с диффузионными числами Пекле (РeD) и Прандтля (РrD). Последний критерий иногда называют числом Шмидта (Sс). Критерием подобия процессов массообмена и теплообмена принято считать число Льюиса ( Le). Необходимо обратить внимание, что теория подобия позволяет при определенных условиях протекания процессов теплообмена и массообмена найти соотношение между коэффициентом диффузии (D) и коэффициентом теплопроводности вещества (λ), а также между коэффициентом массообмена (β) и коэффициентом теплоотдачи (α). В качестве примеров достаточно изученных случаев переноса массы вещества можно назвать диффузионноконвективный перенос пара в газовой среде при испарении жидкости с поверхности тела, массоперенос при конденсации пара из газовой среды на поверхность тела и перенос массы в капиллярно-пористых телах. Знание механизма этих явлений имеет практическое значение для решения ряда инженерных задач. Л и т е р а ту р а: [1], [5].

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ При изучении курса “Тепломассообмен” студент специальности “Тепловые электрические станции” должен выполнить две контрольные работы и ответить на четыре теоретических вопроса. Первая работа состоит из шести задач, содержание которых отражает материал важнейших разделов курса; вторая посвящена тепловому расчету рекуперативного теплообменника. Часть условий, предложенных для решения контрольных работ, являются индивидуальными и должны приниматься в соответствии с двумя последними цифрами учебного шифра студента. Предложенные задачи рекомендуется решать по мере проработки соответствующих разделов курса. При решении задач для всех исходных и итоговых величин, кроме относительных (безразмерных) величин, должны быть указаны единицы измерения. Для проверки усвоенного материала после решения задач необходимо письменно ответить на все поставленные вопросы. Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены в отдельной тетради, на обложке которой следует указать фамилию и инициалы студента, а также его учебный шифр; на каждой странице тетради необходимо оставить поля для пометок преподавателя. Прием контрольных работ производится преподавателем, ведущим данную дисциплину, после собеседования со студентом по основным вопросам курса, связанным с выполнением решенных задач.

Контрольная работа №1 Ответить письменно на вопросы, указанные в таблице 1 Последняя цифра 0 шифра Номера вопросов 10 20 Номера вопросов 30 по предпоследней 40 цифре шифра 1. 2. 3.

4. 5. 6.

1

2

3

4

5

6

Таблица 1 7 8 9

1 11 21 31

2 12 22 32

3 13 23 33

4 14 24 34

5 15 25 35

6 16 26 36

7 17 27 37

8 18 28 38

9 19 29 39

ВОПРОСЫ Что называется теплопроводностью, каков механизм этого процесса. Что такое тепловой поток и поверхностная плотность теплового потока? Сформулируйте основной закон теплопроводности (закон Фурье) и приведите его математическое выражение. Укажите физический смысл величин, входящих в закон. Что называется температурным полем и температурным градиентом? Физический смысл коэффициента теплопроводности и его численные значения для различных веществ. Выведите выражение теплового потока для теплопроводности через плоскую однослойную стенку в граничных условиях первого рода Выведите выражение теплового потока для теплопроводности через плоскую многослойную стенку в граничных условиях первого рода Выведите выражение теплового потока для теплопроводности через цилиндрическую однослойную стенку в граничных условиях первого рода.

7. Выведите выражение теплового потока для теплопроводности через цилиндрическую многослойную стенку в граничных условиях первого рода 8. Выведите выражение теплового потока для теплопроводности через шаровую однослойную стенку в граничных условиях первого рода 9. Дифференциальное уравнение теплопроводности ФурьеКирхгофа. 10. Что называется условиями однозначности? Какими величинами задаются граничные условия первого, второго и третьего рода? 11. Что называется конвективным теплообменом, каков механизм этого процесса? Виды конвекции и режимы течения жидкости. 12. Приведите основной закон конвективного теплообмена. Как определяется коэффициент теплоотдачи и от каких величин он зависит? 13. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. 14. Изложите кратко сущность теории подобия. Объясните значение этой теории. 15. Теоремы теории подобия физических процессов. 16. Поясните физический смысл критериев Re, Nu, Pr, Pe, Gr. 17. Приведите критериальные зависимости в общем виде для конвективного теплообмена при свободной и вынужденной конвекции. 18. Теплоотдача при конденсации пара. 19. Теплоотдача при кипении жидкости. 20. Критическая плотность теплового потока при кипении жидкости. 21. Опишите сущность процесса лучистого теплообмена. Объясните понятия абсолютно черного , абсолютно белого, абсолютно прозрачного тел.

22. Сформулируйте основные законы теплового излучения: Планка и Стефана-Больцмана. 23. Сформулируйте законы теплового излучения: Кирхгофа и Ламберта. 24. Особенности излучения газов и твердых тел. 25. Теплообмен излучением между двумя телами с плоскопараллельными поверхностями. 26. Теплообмен излучением между телами, одно из которых заключено внутри другого. 27. Теплообмен излучением между двумя телами, произвольно расположенными в пространстве. 28. Защита от теплового излучения – экраны. Какими свойствами они должны обладать? 29. Теплообмен излучением в поглощающей среде. 30. Теплообмен излучением в реальных газах и парах. 31. Что называется теплопередачей? Объясните физический смысл коэффициента теплопередачи. 32. Выведите уравнение теплового потока для теплопередачи через плоскую однослойную стенку в граничных условиях третьего рода. 33. Выведите уравнение теплового потока для теплопередачи через плоскую многослойную стенку в граничных условиях третьего рода. 34. Выведите уравнение теплового потока для теплопередачи через цилиндрическую однослойную стенку в граничных условиях третьего рода. 35. Выведите уравнение теплового потока для теплопередачи через цилиндрическую многослойную стенку в граничных условиях третьего рода. 36. Тепловая изоляция. Критический диаметр изоляции. 37. Классификация теплообменных аппаратов. 38. Основные положения теплового расчета теплообменных аппаратов.

39. Как определяется среднелогарифмический температурный напор теплоносителей независимо от схемы «прямоток» или «противоток»? 40. Сравнение прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей в теплообменном аппарате. ЗАДАЧА №1. Вычислить температуры на поверхностях стенки и тепловой поток через 1 м2 чистой поверхности парогенератора , если заданы следующие величины : температура газов tг, температура кипящей воды tв, коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке α1, от стенки к кипящей воде α2, коэффициент теплопроводности материала стенки λ = 50 Вт/м ⋅К и толщина стенки δ = 10 мм. Решить задачу при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовых газов покрылась слоем сажи толщиной δс и со стороны воды слоем накипи толщиной δн (соответственно , коэффициенты теплопроводности сажи λс=0,08 Вт/м К и накипи λн= 0,6 Вт/м К). Сравнить результаты расчетов для обоих случаев и определить уменьшение тепловой нагрузки в процентах. Построить график распределения температур. В конце задачи следует ответить письменно на следующий вопрос: По какому условию выбирается тепловая изоляция трубы? Литература: [3,c.25-44].

Данные для решения принять по табл. 2 Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tг 0

С

900 950 1000 1100 1200 1250 1300 1350 1400 1450

С

α1 Вт м2 ⋅ К

Предпоα2 следняя Вт м 2 ⋅ К цифра шифра

180 190 200 220 250 280 300 320 350 400

85 90 95 100 120 130 140 150 160 170

4000 4200 4300 4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000

tв 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Таблица 2 δс δн мм

мм

1,2 0,8 1,0 1,5 1,8 1,6 2,4 2,2 2,0 2,6

0,5 0,8 1,6 1,8 1,0 2,0 1,5 1,2 1,1 0,9

ЗАДАЧА № 2. Вертикальный участок паропровода диаметром 150 мм и длиной 5 м охлаждается воздухом в условиях свободной конвекции. Температура воздуха tв и температура наружной поверхности паропровода tн, (табл.3 и 4).

Таблица 3 Показатель Температура воздуха tв, оС

Показатель Температура наружной поверхности паропровода tн, о С

1 1 0

2 15

Последняя цифра шифра 3 4 5 6 7 8 20 25 30 35 40 45

9 50

0 55

Таблица 4 Предпоследняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности паропровода к воздуху и величину теплового потока на расчетном участке теплоотдачи. Физические характеристики воздуха, необходимые для решения задачи, см. прил. III. Ответить письменно на следующий вопрос: Какие физические факторы влияют на величину коэффициента теплоотдачи? Л и т е р а т у р а : [1, с.403-406, 410-411]; [2, с.87-90]. ЗАДАЧА №3. Определить коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании потоком дымовых газов, имеющих температуру tг (табл.5), трубы диаметром 100 мм. Скорость движения потока газов w, угол атаки ϕ (табл. 6).

Показатель Температура дымовых газов tг, С

Таблица 5 Предпоследняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200

Таблица 6 Показатель 1 Скорость 3 движения газов w, м/с Угол ата- 90 ки ϕ

2 4

Последняя цифра шифра 3 4 5 6 7 8 9 5,5 6,5 7,5 5 6 7 8

80

70

60 50 40

30 20

10

0 4,5

55

Показать примерный график изменения температуры на расчетном участке. Физические характеристики дымовых газов, необходимые для решения задачи, см. в прил.IV. Ответить письменно на следующий вопрос: Как влияет на коэффициент теплоотдачи величина скорости потока и угол атаки потока? Л и т е р а т у р а :[1, с.395-397, 408-409 ]; [2, с.93-102]. ЗАДАЧА №4. Определить коэффициент теплоотдачи и температурный напор Δt при пузырьковом кипении воды в закрытом сосуде, давление в котором по показанию манометра равно р (см.табл.7). Тепловую нагрузку (удельный те-

пловой поток) принять равной q (см.табл. 8). Барометрическое давление – 750 мм рт. ст. Показатель Давление по манометру р,МПа

1 0,5

Таблица 7 Предпоследняя цифра шифра 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1,0 1,5 2,0 2,5 2,9 3,1 3,5 4,1 4,5

1 50

Последняя цифра шифра 3 4 5 6 7 8 9 70 80 90 100 105 110 115

расположен в кирпичном канале, имеющем поперечное сечение 300х 300 мм. Температуру наружной поверхности паропровода t1 и внутренней поверхности стен канала t2 принять из табл. 9 и 10. Таблица 9 Показатель Температура поверхности паропровода t1, оС

1 200

Предпоследняя цифра шифра 2 3 4 5 6 7 8 9 250 270 300 220 350 400 370 320

Таблица 8 Показатель Тепловой поток q, кВт/м2

2 60

0 120

При решении этой задачи для определения α может быть использована любая из эмпирических формул, приведенных в [1, с.415] и в [2, с.124 ], в которых следует принять: р – абсолютное давление среды, бар; q – тепловой поток, Вт/м2. Показать и объяснить график зависимости q от Δt при кипении воды [2, с.106]. Ответить письменно на следующие вопросы: 1. В каких пределах температурного напора протекает пузырьковый режим кипения воды? 2. Чему равно максимальное значение удельного теплового потока, при котором сохраняется пузырьковый режим кипения воды? Л и т е р а т у р а: [1, с.412-415,419]; [2, с.102-128]. ЗАДАЧА №5. Определить потерю тепла одним погонным метром стального паропровода с наружным диаметром 100 мм в результате лучистого теплообмена. Паропровод

0 380

Таблица 10 Показатель Температура поверхности стен канала t2, о С

1 20

2 25

Последняя цифра шифра 3 4 5 6 7 8 30 35 40 22 27 32

9 37

0 42

Степень черноты окисленной стали и красного кирпича принять по данным прил.П. Ответить на следующий вопрос: Какие газы обладают лучеиспускательной и поглащательной способностью и какая разница между излучением и поглащением твердых и газообразных тел? Л и т е р а т у р а :[1, с. 421-433, 442-443]; [2, с.161-169] ЗАДАЧА №6. Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменника (ТО), в котором происходит нагрев воздуха дымовыми газами, при прямоточном , противоточном и перекрестном движениях потоков греющей среды и нагреваемой среды. Температуру воздуха, поступающего в ТО, принять t′в =30 оС. Количество подогреваемого воздуха V и коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воздуху К взять из табл.11. Температуру воздуха на

выходе из ТО - t″в, температуру дымовых газов на входе в ТО – t′г и температуру дымовых газов на выходе из ТО - t″г взять из табл.12. Таблица 11 ПоказаПредпоследняя цифра шифра тель 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Количество 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 подогреваемого воздуха V,норм.м3/ч Коэффициент тепло13 12 14 15 16 17 18 19 20 передачи К, Вт/(м2.К)

0 10000

11

Таблица 12 Показатель Температура воздуха после ТО t″в,оС Температура дымовых газов: до ТО t′г,оС после ТО t″г,оС

Последняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 190 225 250 200 150 170 270 290 300 310

400 430 500 440 275 390 450 490 480 500 230 250 300 220 180 190 300 340 330 350

Показать графики изменения температур теплообменивающихся сред по длине ТО при прямоточном и противоточном движениях потоков.

Физические характеристики воздуха и дымовых газов, необходимые для решения задачи, см.в прил.III и IV, соответственно. Ответить письменно на следующий вопрос: В каком случае из рассчитанных вариантов движения потоков теплообменивающихся сред поверхность нагрева ТО получается наименьшей и почему? Л и т е р а т у р а : [1, с.447-459 ]; [2, с.228-243 ] КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2 Тепловой расчет теплообменника типа “труба в трубе”. Выполнить тепловой расчет многосекционного водо-водяного теплообменника (ТО) типа "«труба в трубе», в котором передача тепла от греющей среды к нагреваемой среде осуществляется через стенку стальной трубы (рис.1). Исходные данные (см.табл. 13 и 14): расход греющей воды – М1; температура греющей воды на входе в ТО - t′1; расход нагреваемой воды – М2; температура нагреваемой воды на входе в ТО - t′2; температура нагреваемой воды на выходе из ТО - t″2. Греющая вода движется по внутренней трубе ТО, нагреваемая вода – по кольцевому каналу между внутренней и внешней трубами. Движение потоков теплообменивающихся сред - противоточное. Внутренняя труба ТО – стальная, бесшовная (Ст. 20); диаметр трубы – 45/40 мм. Внешняя труба – стальная, бесшовная (Ст. 20); диаметр трубы – 63/57мм. Коэффициент теплопроводности материала внутренней трубы ТО - λ. Ориентировочная длина секции ТО - l. Определить: 1) тепловую мощность ТО; 2) температуру греющей воды на выходе из ТО; 3) коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке внутренней трубы; 4) коэффициент теплоотдачи от стенки внутренней трубы к нагреваемой среде; 5) коэффициент теплопередачи от грею-

Температура нагреваемой воды на входе t2′ Температура нагреваемой воды на выходе t2″

2130

2250

2300

2150

2220

2150

2400

3200

3500

3400

3300

3250

3210

3180

3100

3000

90 92 91 93 94 96 98 97 99 95

3150

о Температура С греющей воды на входе в ТО Расход нагре- кг/ч ваемой воды М2

2200

2000

щей воды М1

2100

Ед из

о

С

16 17 18 19 20 21 22 23 24 15

о

С

47 49 50 52 51 54 52 57 59 45

Таблица 14

46

47

48

49

50

45

46

47

48

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

0

45

Коэффициент Вт/ теплопровод- мК ности материала поверхности λ Ориентиром вочная длина секции ТО-ℓ

1

Последняя цифра шифра 2 3 4 5 6 7 8 9

1,2

Показатели

Ед из

щей среды к нагреваемой среде; 6) поверхность нагрева ТО; 7) число секций ТО. В конце расчета уточнить длину одной секции ТО с учетом принятого числа секций, а также выполнить проверку правильности первоначального выбора температур поверхностей теплопередающей стенки. Пояснительная записка должна включать: исходные данные, принципиальную схему ТО, все расчетные действия, график изменения температур греющей среды и нагреваемой среды по длине ТО, график изменения температуры на расчетном участке теплопередачи, список использованной литературы. Физические характеристики воды, необходимые для решения задачи, см. в прил. V Таблица 13 Показатели Предпоследняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Расход грею- Кг/ч

Ответить письменно на следующие вопросы: Чем отличается теплопередача от теплоотдачи? При каких предположениях выводятся формулы, определяющие среднелогарифмический температурный напор? 3. В каких случаях среднелогарифмический напор температуры можно заменить среднеарифметическим? 4. Какие преимущества имеет противоточная схема движения теплоносителей перед прямоточной? В каких случаях эти схемы эквивалентны? Л и т е р а т у р а : [1, с. 456-458 ]. 1. 2.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа , 1975. 2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1973. 3. Исаченко В.Н., Осипова В.М., Сукомел А.С. Теплопередача. М., 1981. Дополнительная 4. Афанасьев В.Н., Исаев С.И., Кожинов И.А. и др. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена / Под ред. В.И.Крутова и Г.Б.Петражицкого. – М.: Высшая школа, 1985. 5. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. 6. Дрыжаков Е.Е., Исаев С.И. и др. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. (под ред.Юдаева Б.Н.)., М., 1978.

ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Плотность (ρ), массовая теплоемкость при р = const (Ср) и коэффициент теплопроводности (λ) различных материалов. Ср Наименование маtоС ρ λ 3 териала кДж/(кг.К) Вт/(м.К) кг/м Металлы и сплавы Алюминий 0 2700 0,896 209 Латунь 20 8500 0,392 109 Медь 0 8930 0,388 390 Серебро 0 10500 0,234 419 Сталь Углеродистая 20 7830 0,494 45-50 Нержавеющая 20 7860 0,494 16-20 Чугун 20 7220 0,502 63 Строительные и теплоизоляционные материалы 0,816 0,116 770 Асбест листовой 30 0,279 1,13 20 2300 Бетон Древесина (попе0,207 1,76 800 рек волокон): дуб 20 0,107 448 2,7 сосна 20 0,876 0,77 1800 Кирпич Красный 0 0,814 0,837 1900 0 Угнеупорный 0,921 0,047 200 Минеральная вата 50 0,058 30 200 Пенопласт 0,744 2500 0,67 Стекло 20 0,046 20 200 Вата стеклянная 0,07 100 250 Шлаковая Вода и газы 4,212 0,551 999,9 Вода 0 1,005 0,0244 0 1,293 Воздух 1,042 0,0228 1,295 Дымовые газы 0

ПРИЛОЖЕНИЕ III ПРИЛОЖЕНИЕ II Степень черноты разничных материалов Наименования материалов Алюминий полированный окисленный Железо листовое оцинкованное Стальное литье Сталь листовая шлифованная окисленная Чугунное литье Дерево строганное Кирпич огнеупорный красный Стекло Штукатурка известковая

tоC 50-500 200-600 30 700-1040 940-1100 200-600 50 20 500-1000 20 20-100 10-80

ε 0,04-0,06 0,11-0,19 0,23 0,52-0,56 0,55-0,61 0,80 0,81 0,8-0,9 0,8-0,9 0,93 0,91-0,94 0,91

физические свойства сухого воздуха при давлении 760 мм рт.ст. to C

ρ,кг/м3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300

1,293 1,247 1,205 1,165 1,128 1,093 1,060 1,029 1,000 0,972 0,946 0,898 0,854 0,815 0,779 0,746 0,674 0,615

ср, кДж/(кг.К) 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 1,013 1,017 1,022 1,026 1,038 1,047

λ.102 Вт/(м.К) 2,44 2,51 2,59 2,67 2,83 2,90 2,96 3,05 3,13 3,21 3,21 3,34 3,49 3,64 3,78 3,93 4,27 4,60

ν.106 м2/с 13,28 14,16 15,06 16,00 16,96 17,95 18,97 20,02 21,09 22,10 23,13 25,45 27,80 30,09 32,49 34,85 40,61 48,33

Рr 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690 0,688 0,686 0,684 0,682 0,681 0,680 0,677 0,674

ПРИЛОЖЕНИЕ IV Физические свойства дымовых газов при давлении 760 мм рт.ст. toC 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

ρ,кг/м3 1,295 0,950 0,748 0,617 0,525 0,457 0,405 0,363 0,330 0,301 0,275

Сp кДж/(кг.К) 1,042 1,068 1,097 1,122 1,151 1,185 1,214 1,239 1,264 1,290 1,306

λ.102, Вт/(м.К) 2,28 3,13 4,01 4,84 5,70 6,56 7,42 8,27 9,15 10,0 10,9

ν.106, м2/с 12,20 21,54 32,80 45,81 60,38 76,30 93,61 112,10 131,80 152,50 174,30

Рr 0,72 0,69 0,67 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,60 0,59 0,58

ПРИЛОЖЕНИЕ V toC

Рн, кПа

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 101,3 143,3 198,5 270,1 361,4 476,0

Физические свойства воды на линии насыщения h,кДж/кг ср ρ, кг/м3 λ кДж/(кг.К) Вт/(м.К) 999,9 0 4,212 0,551 999,7 42,04 4,191 0,574 998,2 83,91 4,183 0,599 995,7 125,7 4,174 0,618 992,2 167,5 4,174 0,635 988,1 209,3 4,174 0,648 983,1 251,1 4,179 0,659 977,8 293,0 4,187 0,668 971,8 335,0 4,195 0,674 965,3 377,0 4,208 0,680 958,4 419,1 4,220 0,683 951,0 461,4 4,233 0,685 943,1 503,7 4,250 0,686 934,8 546,4 4,266 0,686 926,1 589,1 4,287 0,685 917,0 632,2 4,313 0,684

ν.106 м2/с 1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,272 0,252 0,233 0,217 0,203

Рr 13,5 9,45 7,03 5,45 4,36 3,59 3,03 2,58 2,23 1,97 1,75 1,60 1,47 1,35 1,26 1,17