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 δ = 5,5 мм, длиной l = 1,45 м и высотой h = 0,95 м выполнена из стали с коэффициентом теплопроводности λс
= 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 ºС (вдали от стенки), с другой стороны – свободным потоком атмосферного воздуха с температурой tж2
=10 ºС.
λc
tж1
tж2
qh
δ l
Требуется
:
1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов занести в таблицу. Лучистым теплообменом пренебречь из-за малых значений  и  .
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 α1
, α2
и поверхности стенки F как со стороны горячей жидкости ( ), так и со стороны воздуха ( ) .
б) замене стальной стенки на латунную ( ) , алюминиевую ( ) и медную ( ) с коэффициентами теплопроводности соответственно  ,  ,  .
Результаты расчетов занести в таблицу.
2.2. Определить степень увеличения коэффициента теплопередачи при изменениии каждого из варьируемых факторов σi
по формуле:  , 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:  ,  ,  ,  ,  .
2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.
Решение
:
1. Для нахождения коэффициентов теплоотдачи α необходимо выбрать уравнения подобия и найти числа подобия.
При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть использовано следующее уравнение подобия:
 ;
Для воды при температуре 80ºС характерны следующие параметры:
 ;  ;  ;
 ;
 => с = 0,037; n1
= 0,8; n2
= 0,43;
Зададимся температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой  и нагреваемой  сред. Учитывая рекомендации (для металлических стенок в первом приближении можно принять ; температура стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны которой α выше; при вынужденном движении величина α обычно значительно больше, чем при свободном), выбираем  .
При температуре 75ºС  .
 ;
При свободном движении (естественной конвекции) вдоль вертикальных поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:
 ;
Для воздуха при температуре 10ºС характерны следующие параметры:
 ;  ;
а при температуре 75ºС  .
 ;
 ;
 ;
 ;
Коэффициенты теплоотдачи:
 ;
 ;
Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки:
 ;
Плотность теплового потока:
 ;
Проверка правильности принятия для температур и для расчета:
 ;
 ;
Отклонения:
 => допустимо;
 => допустимо;
Таблица 1
Результаты расчета
α1
,
Вт/(м2
К)
|
α2,
Вт/(м2
К)
|
1/ α1
,
м2
К/Вт
|
1/ α2
,
м2
К/Вт
|
δ/λс
,
м2
К/Вт
|
R,
м2
К/Вт
|
K,
Вт/(м2
К)
|
q, Вт/(м2
К) |
| 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:
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
Таблица 2
Результаты расчета
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 6,9810 |
6,9828 |
6,9834 |
6,9810 |
6,9828 |
6,9834 |
34,3725 |
67,6277 |
| Вт/(м2
К) |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 99,8191 |
34,3725 |
67,6277 |
99,8191 |
6,9693 |
6,9706 |
6,9713 |
| Вт/(м2
К) |
2.2. Степень увеличения коэффициента:
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
Таблица 3
Результаты расчета
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 1,0021 |
1,0023 |
1,0024 |
1,0021 |
1,0023 |
1,0024 |
4,9339 |
9,7074 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 14,3282 |
4,9339 |
9,7074 |
14,3282 |
1,0004 |
1,0006 |
1,0007 |
2.3.Графики:,,,,. Наклонная линия характеризует 2 наложенных друг на друга графика функций и . Линия, почти параллельная оси абсцисс, характеризует 3 наложенных друг на друга графика функций , и .
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.
|
