Внутренняя задача конвективного теплообмена

 

15-1. По прямой трубе с внутренним диаметром d _вн =20 мм длиной 0,6 м движется вода со скоростью w = 0,1 м/с. Температура воды t _пот = 20 ºС. Средняя температура стенки трубы t _ст = 30 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к воде.

Ответ: α = 516 Вт/(м² × К).

15-2. Определить коэффициент теплоотдачи от потока воды со средней температурой t _пот = 80 ⁰С к стенке, температура которой t _ст =40 ⁰С. Вода движется по горизонтальной трубе диаметром d _вн = 14 мм и длиной 1 м со скоростью 0,05 м/с.

Ответ: α = 557 Вт/(м² × К).

15-3. Решить предыдущую задачу при условии, что в трубе вместо воды движется одна из следующих жидкостей: а) мазут М-40; б) масло моторное МС-20; в) дизельное масло.

Ответ: а) α = 48,6 Вт/(м² × К); б) α = 56,7 Вт/(м² × К).

15-4. Решить задачу 15-2 при условии, что происходит нагрев воды, а не ее охлаждение, т. е. t _пот = 40 ⁰С, а t _ст = 80 ⁰С.

Ответ: α = 667 Вт/(м² × К)

15-5. Конвективная поверхность нагрева огнетрубного котла состоит из большого количества прямых трубок, внутри которых движутся дымовые газы. Средняя температура потока газов 800 ⁰С при скорости их движения 2 м/с. Температура стенки трубки 200 ⁰С. Определить коэффициент теплоотдачи и теплоту, переданную от газов к стенкам трубки длиной 2,5 м и имеющей внутренний диаметр d _вн: а) 25 мм; б) 45 мм; в) 60 мм.

Ответ: а) α = 8,58 Вт/(м² × К); Q = 502 Вт; б) α = 6,85 Вт/(м² × К);
Q = 727 Вт; в) α = 6,15 Вт/(м² × К); Q = 872 Вт.

15-6. В котельном воздухоподогревателе дымовые газы движутся вдоль коридорного пучка трубок, омывая их снаружи, со скоростью 1,75 м/с при средней температуре потока 200 ⁰С. Температура стенки трубы 100 ⁰С. Наружный диаметр труб 38 мм. Определить коэффициент теплоотдачи от потока газов к стенки трубки, если поперечный и продольный шаги между трубками в пучке, соответственно, s ₁ = 45 мм, а s ₂ = 60 мм.

Ответ: α = 7,56 Вт/(м² × К).

15-7. Паровой подогреватель питательной воды выполнен из стальных труб диаметром 24/20 мм. Снаружи труб конденсируется пар. Внутри труб движется вода со скоростью 1,5 м/с. Проходя через подогреватель, вода нагревается от 40 ºС до 90 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде, если t _ст = 120 ºС.

Ответ: α = 9200 Вт/(м² × К).

15-8. Решить предыдущую задачу при условии, что скорость воды составляет w = 0,8 м/с.

15-9. Определить коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к стенке канала прямоугольного сечения размером 400×800 мм и длиной 10 м. Расход воздуха равен G = 4,8 кг/с, а средняя температура воздуха равна 300 ºС.

Ответ: α = 35 Вт/(м² × К).

15-10. Как изменится коэффициент теплоотдачи для условий предыдущей задачи, если G = 0,16 кг/с и температура потока воздуха составит 200 ºС

15-11. Решить задачу 9 при условии, что расход воздуха составляет G = 5,2 кг/с.

Ответ: α = 38 Вт/(м² × К).

15-12. Вода движется в стальной трубе со скоростью w = 1 м/с, температура воды t _пот = 70 ºС. Труба, имеющая внутренний диаметр d = 50 мм, согнута в змеевик, радиус которого R = 400 мм. Температура стенки t _ст = 40 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы.

Ответ: α = 5250 Вт/(м² × К).

15-13. Решить предыдущую задачу при условии, что скорость воды в змеевике составит w = 0,4 м/с.

15-14. В межтрубном пространстве маслоохладителя вдоль труб протекает дизельное масло со скоростью 0,8 м/с. Наружный диаметр труб d _н = 20 мм и длина 800 мм. Шаги между труб в коридорном пучке составляют s ₁ = 30 мм, s ₂ = 50 мм. Температура потока масла t _пот = 70 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи при следующих значениях температуры стенки: а) t _ст = 20 ^оС; б) t _ст = = 40 ^оС.

Ответ: а) α = 70 Вт/(м² × К); б) α = 90 Вт/(м² × К)

15-15. Водяной пар при давлении 2 МПа движется по трубкам пароперегревателя с внутренним диаметром 20 мм со скоростью 15 м/с. Температура пара возрастает с 200 ºС до 300 ^оС. Длина трубок 1,5 м. Определить коэффициент теплоотдачи при температурах стенки:
а) t _ст = 350 ^оС; б) t _ст = 430 ^оС.

Ответ: а) α = 700 Вт/(м² × К); б) α = 860 Вт/(м² × К).

15-16. Дымовые газы движутся вдоль коридорного пучка труб с внешним диаметром 80 мм, омывая их снаружи. Определить коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы, если длина каждой трубы 2,4 м, скорость потока газов 5 м/с, температура газов t _пот = 600 °С, а средняя температура стенки t _ст = 200 °С. Шаги размещения труб в пучке:
s ₁ = 100 мм, s ₂ = 150 мм.

Ответ: α = 11 Вт/(м²К)

15-17. Пучок труб с внешним диаметром 80 мм омывается снаружи водой, движущейся вдоль пучка. Расположение труб в пучке: s ₁ = 100 мм, s ₂ = 150 мм. Температура воды t _пот = 80 ºС, температура стенки труб
t _ст = 20 ºС, скорость потока воды 2 м/с. Длина труб — 2,4 м. Определить коэффициент теплоотдачи от воды к стенке труб.

Ответ: α = 4700 Вт/(м² × К).

15-18. По трубкам пароперегревателя диаметром 38/32 мм движется водяной пар при давлении 3,2 МПа. В трубки входит сухой насыщенный пар, а выходит перегретый с температурой 420 ºС. Средняя температура стенки трубы 560 ºС. Средняя скорость пара w = 18 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к перегретому пару.

Ответ: α = 850 Вт/(м² × К).

15-19. Решить предыдущую задачу, если диаметр трубок равен 25/19 мм, а скорость пара 24 м/с.

Ответ: α = 1180 Вт/(м² × К).

15-20. Масло МС-20 движется в трубе со скоростью 0,5 м/с. Внутренний диаметр трубы 12 мм. Труба изогнута в виде змеевика с диаметром
D = 200 мм. Температура стенки трубок t _ст = 110 ºС, а температура потока масла t _пот = 60 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку масла.

Ответ: α = 130 Вт/(м² × К).

15-21. Решить предыдущую задачу, если диаметр змеевика D = 320 мм.

Ответ: α = 120 Вт/(м² × К).

15-22. Вода движется в трубе с внутренним диаметром 32 мм со скоростью 0,5 м/с. Труба изогнута в виде змеевика с диаметром D = 400 мм. Температура стенки- 110 ºС, температура потока воды — 60 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к воде и количество передаваемой теплоты в течении 1 ч, если длина трубы 4,5 м.

Ответ: α= 1600 Вт/(м² × К), Q = 130220 кДж.

15-23. Решить предыдущую задачу, если змеевик выполнен из трубы с внутренним диаметром 52 мм.

15-24. В теплообменном аппарате типа «труба в трубе» вода в количестве 1000 кг/ч движется по внутренней трубе диаметром 32 мм, нагреваясь от t ¢ = 50 ºС до t ¢¢ = 90 ºС. Температура стенки трубы постоянна по всей длине и равна t _ст = 110 ºС. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку.

Ответ: α = 1700 Вт/(м² × К).

15-25. Решить предыдущую задачу, если по внутренней трубе движется топочный мазут М-40.

Ответ: α = 240 Вт/(м² × К).

15-26. Трансформаторное масло подогревается от 10 до 30^о С, проходя внутри труб диаметром 20×1 мм и длиной 3 м. Найти коэффициент теплоотдачи, если средняя температура стенки трубы 40 ºС, количество труб 40 шт., а расход масла 18400 кг/ч.

Ответ: α = 89 Вт/(м² × К)

15-27. По горизонтальной трубе диаметром 20×1 мм протекает вода с температурой на входе 85 ^оС. Средняя температура стенки 15 ^оС. Расход воды 0,5 кг/с.

На выходе из трубы вода должна иметь температуру не более 25 ^оС. Какой длины трубу следует для этого взять?

Ответ: 9,6 м

15-28. Воздух с расходом 5 кг/с при средней температуре 300 ºС проходит по каналу длиной 10 м и сечением 400×800 мм. Найти средний коэффициент теплоотдачи и тепловой поток, если температура стенки канала 150 ^оС.

Ответ: α = 37,5 Вт/(м² × К); Q = 135 кВт.

15-29. Трансформаторное масло должно быть охлаждено от 100 ºС до 40 ^оС в спиральном охладителе с радиусом витка 200 мм. Труба охладителя имеет температуру стенки 30 ^оС и при диаметре 46×3 мм пропускает 1,2 т масла в час. Определить необходимую длину спирали.

Ответ: 88,6 м

15-30. Трубы с наружным диаметром 30 мм и длиной 5 м расположены в пучке с разбивкой по вершинам равностороннего треугольника со стороной 60 мм. Снаружи трубы омываются воздухом, нагретым до 800 ^оС и движущемуся вдоль труб со скоростью 20 м/с. Найти средний коэффициент теплоотдачи.

Ответ: α = 40 Вт/(м²К)