Теплопередача

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.