Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Кафедра промышленной теплоэнергетики.Стр 1 из 7Следующая ⇒
Кафедра промышленной теплоэнергетики. Пояснительная записка к курсовой работе По курсу ТОТТ Нормоконтролёр Руководитель Реш А.Г. Реш А.Г. «»_______2016г. «»________2016г. Автор работы: студент группы ЗИЭФ-314 ФИО «»________2016г. Задание защищено с оценкой __________________________ __________________________ «»________2016г. Челябинск. 2016.
Аннотация
ФИО Решение задач по ТМО -Челябинск: ЮУрГУ,2016,56 с. Библиография литературы – 6 наименования.
В данной работе решены основные задачи по ТМО, на темы: теплопроводность при стационарном режиме, теплопроводность при нестационарном режиме, теплопередача при вынужденном движении жидкости в трубе, теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании цилиндра и пучка труб, теплообмен излучением между твердыми телами, разделенными прозрачной средой. Построены необходимые графики.
Содержание.
Задача № 1.3…….……….……………………………………………….…...…...4 Задача № 2.5…………………………………………………………….………...9 Задача № 3.10……………………………………………..……………..………14 Задача № 4.6 …………………………..…………………………………..…….21 Задача № 5.9…………………………………………………………….……….27 Задача № 6.4……………………………...…………….……..............................32 Задача № 7.10……………………………...….….…….……..............................39 Задача № 8.5……………………………...…………….……..............................43 Задача № 11.5…………………………...…..………….……..............................51 Литература………………………………………………………………..…….54 Задание № 1.3 (б)
Теплопроводность при наличии внутренних Источников теплоты
Дано: Электропривод диаметром d покрыт изоляцией толщиной δ. По проводу проходит ток силой I. Температура окружающего воздуха tв, а коэффициент теплоотдачи к воздуху α. Найти температуру на оси провода, а также на поверхности провода и изоляции и построить температурный график.
Найти:
t оси, tпов, tиз –?
Решение:
Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной 2δ, коэффициент теплопроводности λ которой постоянен.
Внутри этой стенки имеются равномерно распределённые источники теплоты qv. Выделившаяся теплота через боковые поверхности стенки передаётся в окружающую среду. Для плоской пластины (λ=const), равномерно охлаждаемой c обеих сторон (рис. 3.1), задана температура поверхности t пов.
рис. 3.1 - Одномерное температурное поле в пластине толщиной 2δ (4.1) где В формуле (4.1) при х = 0 температура в середине толщины пластины (4.2) Учитывая зависимость в условиях больших перепадов температур, температурное поле в пластине можно рассчитать по формуле (4.3) Для плоской пластины (λ=const), равномерно охлаждаемой с обеих сторон, заданы температура среды tЖ и коэффициент теплоотдачи α. Одномерное температурное поле в пластине (4.4) где при х=0 температура в середине толщины пластины (4.6) Мощность внутренних источников теплоты для пластины определяются по формулам: ; (4.7) ; (4.8) . (4.9) Связь между объемной qv и поверхностной qF плотностями тепловыделения используется при определении теплового потока на боковых поверхностях пластины ; (4.10) 4.2. Цилиндрический стержень Для бесконечного стержня (λ=const) задана температура на оси tоси. Температурное поле в стержне диаметром d0 , (4.11) где . В формуле (4.8) при температура на поверхности стержня . (4.12) С учетом зависимости температурное поле в стержне (4.13) Для стержня (λ=const), равномерно охлаждаемого средой, заданы ее температура tж и коэффициент теплоотдачи α. Температурное поле в стержне (4.14) В формуле (4.14): при dx=0 температура на оси стержня (4.15) при dx = d0 температура на поверхности стержня . (4.16) Мощность внутренних источников теплоты для стержня ; (4.17) ; (4.18) . (4.19) 4.3. Цилиндрическая труба Теплота отводится через внешнюю поверхность трубы. Температурное поле в стенке трубы с внутренним радиусом r1 и внешним r2 (4.20) где r1 ≤ r x≤ r2; t1 - температура на внутренней теплоизолированной поверхности трубы. Подставляя в формулу (4.20) rх = r2, можно получить расчетное выражение для перепада температуры в стенке (4.21) и формулу для линейной плотности теплового потока , (4.22) где t2 - температура на внешней поверхности трубы.
Теплота отводится через внутреннюю поверхность трубы. Температурное поле в стенке трубы (4.23) Перепад температур в стенке (4.25) Линейная плотность теплового потока. (4.26) Теплота отводится через обе поверхности трубы. Перепад температур в стенке (4.27) где r0 - радиус поверхности, которая имеет наибольшую температур to, r1<r0<r2. Этот радиус определяется из зависимости (4.28) Наибольшую температуру в стенке трубы можно найти по выражению Или (4.28) 4.4. Теплообмен в условиях электрического нагрева. При прохождении электрического тока по проводнику цилиндрической формы диаметром dц и длиной l температуры рассчитываются формулам (4.12) и (4.15), в которых qv выражается через электрические параметры: I - силу тока, A; U - напряжение, В; Rэл - электрическое сопротивление проводника, Ом: (4.29) Где ; ; - удельное электрическое сопротивление материала проводка Ом*м.
Решение задачи: Из приложений учебников находим: Коэффициент теплопроводности винипласта: λв = 0,13 Вт/(м*К) удельное улектроспротивление меди: Вычислим тепловой поток на метр провода: Найдем искомые температуры: На поверхности изоляции: На поверхности провода: На оси провода:
Ответ: , ,
Задание № 5.9 (б) В ТРУБАХ И КАНАЛАХ Дано:
По трубке диаметром dвн и длиной l протекает вода со скоростью w. Определить коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды tж, средняя температура стенки tс. Как изменится значение коэффициента теплоотдачи, если диаметр трубы увеличить в 2 и 3 раза, сохраняя температуры и скорости движения постоянными? Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от диаметра трубки, α 1=ƒ(d).
Найти:
Δα -? Решение: При экспериментальном изучении тепловых процессов принято выражать математическое описание процесса и расчетные уравнения в виде зависимостей между числами (критериями) подобия, представляющими собой безразмерные комплексы. Уравнения подобия, выражая обобщенную зависимость между величинами, характеризующими процесс, справедливы для всех подобных между собой процессов. Первая теорема подобия: для подобных между собой процессов все одноименные числа подобия численно одинаковы. Согласно второй теореме подобия связь между числами подобия выражается в форме однозначной функциональной зависимости, например N =f (Re, Рr, Gr). Третья теорема подобия утверждает, что условия подобия физических явлений, заключаются в подобии условий однозначности и равенстве одноименных чисел подобия, составленных из величин, входящих в эти условия. 6.1. Числа теплового и гидромеханического подобия процессов. Нуссельта число – безразмерный коэффициент теплоотдачи. (6.1.) Где - теплопроводность жидкости; - характерный линейный размер. Средний коэффициент теплоотдачи в формуле (6.1.) Относят к начальному температурному напору. (6.2.) К среднеарифметическому напору (6.3.) Или к среднелогарифмическому напору (6.4.) Где - средняя температура стенки, - температура набегающего потока или средне массовая температура на входе в трубу, в теплообменник, - средняя температура жидкости на выходе из трубы, теплообменника.
Если < 2, то вместо (6.4.) можно использовать (6.3.), т.е. (5.5.) Прандтля число – безразмерная характеристика теплофизических свойств жидкости. (6.6.) Где и - кинематическая м2/с, и динамическая Па, вязкость. ; и - площадь кг/м2 и изобарная массовая теплоемкость, Дж/(кг*К), жидкости; - температуропроводность жидкости м2/с. Пекле число – критерий теплового подобия (6.7.) Где Re – число Рейнольдса; - характерная скорость потока, м/с. Стантона число - критерий внутреннего конвективного переноса теплоты. (6.8.) Фурье число – критерий тепловой гомохронности. (6.9.) Где - время протекания нестационарного процесса теплопроводности. Био число – критерий краевого подобия (6.10.) Где - характерный линейный размер твердого тела, - теплопроводность твердого тела. Тепловой критерий фазового перехода. (6.11.) Где - теплота испарения (конденсата), Дж/кг, - разность температур насыщения и перегрева (переохлаждения) фазы, - разность энтальпий фазы в состояниях насыщения и перегрева (переохлаждения). Галилея число – критерий подобия полей свободного течения. (6.12.) Где - ускорение свободного падения м/с2 Грасгофа число – критерий свободной тепловой конвекции (6.13.) Где - коэффициент объемного расширения, К-1, для идеальных газов ; для капельных жидкостей приближенно ; где и - плотность жидкости при и . Релея число – критерий теплообмена при свободной конвекции. (6.14.) Фруда число – критерий гравитационного подобия, характеризует меру отношения сил инерции и тяжести в потоке. (6.15.) Рейнольдса число – критерий режима движения жидкости. (6.16.) Эйлера число – критерий подобия полей давления. (6.17.) Где - перепад давления на участке движения жидкости. Архимеда число – критерий свободной конвекции. (6.18.) Где и - плотность жидкости в двух точках потока. Определяющая температура, по которой выбираются теплофизические свойства жидкости или газа, входящие в числа подобия, указывается нижним индексом возле числа подобия: «ж», «с», «п.с» - соответственно средняя температура жидкости, стенки, пограничного слоя. Определяющий геометрический размер также может быть указан нижним индексом возле числа подобия: l и h - длина и высота поверхности, d - диаметр трубы и т. п.
Решение задачи: Для средней температуры воды 10 0С берем из приложений: λ = 0,574 Вт/м*К кинематическая вязкость υ = 1,306*10-6 м2/с число Прандтля: Pr = 9,52
Определим режим течения жидкости: => Ламинарный режим При ламинарном режиме течения среднюю теплоотдачу рассчитываем по формуле: Вычислим коэффициент теплоотдачи: Вт/(м2∙ ̊ С) Увеличим диаметр трубы: d = 2dвн = 2*0,005 = 0,001 м Повторим расчеты: Определим режим течения жидкости: => Ламинарный режим При ламинарном режиме течения среднюю теплоотдачу рассчитываем по формуле: Вычислим коэффициент теплоотдачи: Вт/(м2∙ ̊ С) Увеличим диаметр трубы: d = 3dвн = 3*0,005 = 0,015 м Повторим расчеты: Определим режим течения жидкости: => Ламинарный режим При ламинарном режиме течения среднюю теплоотдачу рассчитываем по формуле: Вычислим коэффициент теплоотдачи: Вт/(м2∙ ̊ С) Из чего можно сделать вывод о том, что чем больше диаметр трубы, тем меньше коэффициент теплоотдачи. Отразим графически: рис.1
Ответ: α1 = 4470 Вт/м2*с; α2 = 3161 Вт/м2*с; α3 = 2581 Вт/м2*с; Рис. 1
Задание № 7.10 (б) Лучистый теплообмен
Дано: Двухстенный сосуд Дюара наполнен жидкостью с температурой t 1. Стенки сосуда покрыты слоем серебра (алюминия), степень черноты которого ε 1= ε 2. Температура внутренней стенки равна температуре жидкости, а температура внешней стенки равна температуре наружной среды t 2. Найти для двух случаев (1 и 2) толщину изоляционного слоя, которым можно было бы заменить излучающие стенки, чтобы теплоизоляционные свойства сосуда остались без изменений.
Найти: δ -? Решение: Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество энергии излучения зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Природа всех лучей одинакова. Электромагнитные волны различаются ибо длиной волны, либо частотой колебаний в секунду. В зависимости от длины волны лучи обладают различными свойствами. Для процессов теплопередачи интерес представляют тепловые лучи с длиной волны λ = =0,8 – 40 мкм. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен. Они испускают лучи всех длин волн. Спектр излучения газов носит линейчатый характер, т.е селективный – избирательный. Излучение газов носит объемный характер. Из физики известно. Что любое тело может поглощать, пропускать и отражать лучи. Основные законы излучения закон Планка, закон Стефана-Больцмана, закон Кирхгофа, закон Вина подробно изучались в разделах физики, поэтому не приводя выводов, используем перечисленные выше законы для решения задач теплового излучения. Применяя закон Стефана- Больцмана для бесконечных пластин с разными температурами, можно записать формулу для расчета теплового потока Q = Cпр[(T 1 / 100) 4 – Т 2 / 100) 4 F ] 2.92 Приведенный коэффициент излучения C пр =[(1/ С1) + (1/ С2) – (1/ Со) ] 2.93 Спр, С1, С2, С0 – соответственно- приведенный коэффициент излучения, коэффициенты излучения пластин, коэффициент излучения абсолютно черного тела. С0 = 5,67 Вт/ (м2 К4 )
Приведенный коэффициент черноты тела определяется, ε пр = 1 / [(1/ ε1) + (1/ ε2) –1 ] 2.94 При расчете теплообмена излучением, когда одно тело находится внутри другого, если поверхность тела, находящегося внутри другого тела мала, т.е. F2 < F1, то расчет можно провести по формуле Q = C1F1[(Т1/ 100)4 – (Т2/ 100)4] 2.95 Для уменьшения теплового излучения устанавливают экраны. Если С1=С2=Сэк, тепловой поток рассчитывается по формуле 2.91, при установке одного экрана тепловой поток уменьшается в два раза. При установке экранов, тепловой поток уменьшается в n+1 раз. Излучение газов резко отличается от излучения твердых тел. Одно и двухатомные газы для тепловых лучей считаются прозрачными. Вывод формул для газов рассматривается в специальной литературе.
Переведем температуры: Т1 = -183 + 273 = 90 К - абсолютная температура 1-ой стенки Т2 = 17 + 273 = 290 К – абсолютная температура второй стенки Определим значение приведенной степени черноты: Коэффициент излучения абсолютно черного тела: Подставим в формулу: Дж/сек*м2 1. Если излучающие стенки заменить на минеральную вату, то по формуле:
Для минеральной ваты λ = 0,058 Вт/(м·К) Тогда толщина слоя минеральной ваты: 2. Если излучающие стенки заменить на пенопласт ПСЧ-40, то по формуле: Для пенопласта λ = 0,026Вт/(м·К) Тогда толщина слоя пенопласта: Ответ: 1) δ = 2,24 м; 2) δ = 1,01 м
Литература
1. Кириллов, П.Л. Справочник по теплогидравлическим расчётам: ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы/ П.Л. Кириллов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков; под общ. ред. П.Л. Кириллова. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 296 с. 2. Краснощёков, Е.С. Задачник по теплопередаче/ Е.С. Краснощёков, А.С. Сукомел. – М.: Энергия, 1980. – 299 с. 3. Материалы для электротермических установок: справочное пособие / под ред. М.Б. Гутмана. – М.: Энергоатомиздат,1987. – 296 с. 4. Расчёт нагревательных и термических печей: справочник/ под ред. В.М. Тымчака и В.Л. Гусовского. – М.: Металлургия, 1983. – 480 с. 5. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: справочник/ под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – (Теплоэнергетика и теплотехника, Кн. 2).– 560 с. 6. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы: справочник/ под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – (Теплоэнергетика и теплотехника. Кн.1). – 456 с.
Кафедра промышленной теплоэнергетики.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 199; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.129.11.20 (0.161 с.) |