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