Плоская стальная стенка толщиной

Обновлено: 12.05.2024

26.111 Плоская стальная стенка толщиной δ_ст=10 мм омывается с одной стороны дымовыми газами с температурой t₁=950 ºС, а с другой стороны – водой с температурой t₂=250 ºС. Коэффициенты теплопередачи со стороны газов и со стороны воды соответственно α₁ и α₂. Коэффициент теплопроводности материала стенки λ_ст=50 Вт/(м·К). Определить плотность теплового потока через стенку и температуру ее поверхностей со стороны газов и воды для случая чистой стенки, а также для случая, когда она покрыта слоем накипи с коэффициентом теплопроводности λ_н=1,4 Вт/(м·К) толщиной δ_н. Для обоих случаев показать графически распределение температуры по толщине стенки.

Таблица 1 – Числовые данные к задача контрольной работы №2

Предпоследняя цифра шифра	α₁, Вт/(м 2 ·К)	α₂, Вт/(м 2 ·К)	δ_н, мм
1	80	2800	2

Ответ: а) k=77 Вт/(м²·К), q=53900 Вт/м², t₁ ст =276 ºС, t₂ ст =269 ºС; б) k=69 Вт/(м²·К), q=48300 Вт/м², t₁ ст =346 ºС, t₂ ст =336 ºС, t₃ ст =267 ºС.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

26.112 По трубе наружным диаметром 30 мм движется горячий воздух со скоростью 13 м/с. Труба выполнена из стали 1Х18Н9Т толщиной стенки 2 мм. Определить температуру на наружной поверхности трубы, если плотность теплового потока q=5,2 кВт/м². Коэффициент кинематической вязкости и коэффициент теплопроводности принять при средней температуре воздуха по длине трубы равной 190 ºС.

Ответ: t_ст2=66 ºС.

26.113 Определить линейную плотность теплового потока для трубки парового котла (λ_Т=40 Вт/(м·К)), если внутренний диаметр паропровода d_вн, мм, наружный — d_нар, мм. Наружная сторона трубки омывается дымовыми газами с температурой t_ж1, ºС, а внутри трубок движется вода с температурой t_ж2, ºС. Снаружи трубка покрыта слоем сажи (λ_с=0,07 Вт/(м·К)) толщиной 1,5 мм, а с внутренней стороны – слоем накипи (λ_н=0,15 Вт/(м·К)) толщиной 2,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки α₁, Вт/(м²·К), а со стороны воды — α₂, Вт/(м²·К).

Определить также температуры на поверхностях трубки, сажи и накипи. Как изменится линейная плотность теплового потока для «чистой» трубки (без сажи и накипи) при прочих неизменных условиях.

Изобразить график изменения температуры по толщине слоёв стенки трубки, сажи и накипи и в пограничных слоях (график выполнить в масштабе).

Исходные данные принять по табл. 1.4 в соответствии с Вашим вариантом задания.

Таблица 1.4

Вариант	d_вн, мм	d_нар, мм	t_ж1, ºС	t_ж2, ºС	α₁, Вт/(м 2 ·К)	α₂, Вт/(м 2 ·К)
2	36	44	920	240	220	2500

Расположение слоев цилиндрической стенки показано на рис. 1.2.

Результаты расчета необходимо занести в табл. 1.5.

Варианты задачи: 5.

26.114 Определить потерю теплоты через 1 м кирпичной обмуровки котла толщиной δ=250 мм, если температура газов t_ж₁=(600+10·8)=680 ºС, температура воздуха t_ж₂=30 ºС, α₁=25 Вт/(м²·К), α₂=8 Вт/(м²·К) и λ=0,7 Вт/(м·К).

Ответ: q=1235 Вт/м.

26.115 (Вариант 00) Паропровод диаметром d₂/d₁ (рис. 8.3) покрыт слоем совелитовой изоляции толщиной δ₂, мм. Коэффициенты теплопроводности материала трубы λ₁, изоляции λ₂=0,1 Вт/(м·К). Температуры пара t_ж1 и окружающего воздуха t_ж2, °С. Требуется определить линейный коэффициент теплопередачи k_l, Вт/(м 2 ·K), линейную плотность теплового потока q_l, Вт/м и температуру наружной поверхности паропровода t₃, °С. Исходные данные приведены в таблице 8.7.

Таблица 8.7

d₁, мм	d₂, мм	δ₂, мм	λ₁, Вт/(м·К)	t_ж1, °С	α₁, Вт/(м 2 ·K)	α₂, Вт/(м 2 ·K)	t_ж2, °С
200	216	120	30	300	100	8,5	25

Ответ: линейный коэффициент теплопередачи k_l=0,2 Вт/(м·К), линейная плотность теплового потока q_l=55 Вт/м, температура наружной поверхности паропровода t₃=29,5 ºС.

26.116 (Вариант 20) Определение количества теплоты, передаваемого от нефти к окружающему воздуху за сутки через боковую поверхность и крышку резервуара

В резервуаре диаметром d и высотой h хранится нефть при температуре t_ω1. Снаружи резервуар омывается воздухом с температурой t_ω2. Интенсивность теплообмена нефти со стенками резервуара характеризуется коэффициентом теплоотдачи α₁, а от внешней части стенок и крышки к воздуху – коэффициентом теплоотдачи α₂. Резервуар выполнен из стали теплопроводностью λ_s=45,4 Вт/(м·К), толщина стенки δ_s=25 мм. В резервуара со стороны нефти на стенках и на крышке образовался слой парафина теплопроводностью парафина λ_р=0,12 Вт/(м·К), толщиной δ_р.

Требуется определить количество теплоты, которое передается от нефти к окружающему воздуху за сутки через боковую поверхность и крышку резервуара и температуры наружной и внутренней поверхностей резервуара, а также на поверхности парафина.

Построить график изменения температуры в стенке резервуара и в слое парафина.

Необходимые для решения данные выбрать из таблицы 8.

Таблица 8

δ_р	d	h	t_ω1	t_ω2	α₁	α₂
мм	м		ºC		Вт/(м 2 ·К)
40	15	10	75	-40	800	20

26.117 Определить плотность теплового потока через стенку камеры, состоящей из слоя стали (δ₁=2 мм) и слоя теплоизоляции из асбеста (δ_из=6 мм), если коэффициенты теплоотдачи α₁=20 Вт/(м²·град), α₂=5 Вт/(м²·град), температуры сред t₁=-8ºС, t₂=20ºС (λ_ст=65 Вт/(м·град), λ_из=0,06 Вт/(м·град)).

Ответ: q=80 Вт/м².

26.118 Плоская стальная стенка толщиной δ_с омывается с одной стороны горячими газами с температурой t_l, с другой стороны водой с температурой t₂. Определить коэффициент теплопередачи К от газов к воде, удельный тепловой поток q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплопередачи от газа к стенке α₁ и от стенки к воде α₂; коэффициент теплопроводности стали λ_с=58 Вт/(м·К). Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δ_н; коэффициент теплопроводности накипи λ_н=1 Вт/(м·К). Для указанных вариантов построить эпюры температур от t₁ до t₂. Объяснить в чём заключается вред отложения накипи стальных поверхностях нагрева.

Контрольный вопрос. В чём различие между коэффициентами теплоотдачи и теплопередачи, и какова связь между ними.

Таблица 5 – Номера вариантов, включаемых в задание (задача) 5

Вариант задания 1
δ, мм	δ_н, мм	α₁, Вт/(м²⸱К)	α₂, Вт/(м²⸱К)	t₁, ºС	t₂, ºС
1	10	186	4419	1200	220

26.119 Автомобильный радиатор передает от охлаждающей воды в окружающую среду Q, кДж/c. Средняя температура воды в радиаторе 87 ºС, температура наружного воздуха t_в, теплорассеивающая поверхность радиатора 5 м². Определить коэффициент теплопередачи.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы

Предпоследняя цифра шифра	Q, кДж/c	t_в, ºС
1	20	23

Ответ: k=0,063 кВт/(м²·К).

26.120 Определить количество теплоты, отдаваемой при течении воды в вертикальной трубе диаметром 16 мм, если скорость воды 0,2 м/c, температура воды 60 ºС, температура стенки 20 ºС, длина трубы 3 м.

Плоская стальная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой tl

Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам, а также промокод на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.

Условие

Плоская стальная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой tl, с другой стороны водой с температурой t2. Определить коэффициент теплопередачи К от газов к воде, удельный тепловой поток q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплопередачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2; коэффициент теплопроводности стали λс=58Вт/(м·К). Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δн; коэффициент теплопроводности накипи λн=1Вт/(м·К). Для указанных вариантов построить эпюры температур от t1 до t2. Объяснить в чём заключается вред отложения накипи стальных поверхностях нагрева. Контрольный вопрос. В чём различие между коэффициентами теплоотдачи и теплопередачи, и какова связь между ними. Таблица 5 – Номера вариантов, включаемых в задание (задача) 5 Вариант задания 18 2 6 52 3326 775 130

Нужно полное решение этой работы?

Решение

Чистая стальная стенка
Коэффициент теплопередачи:
(1)
К=1152+0,00258+13326=51
Удельный тепловой поток:
(2)
51∙775-130=32895
Значения температур на поверхности стенки:
(3)
775-3289552=142,4°С
(4)
130+328953326=139,9°С
Рисунок 1 - Эпюра температур от t1 до t2 для однослойной плоской стенки.
Стенка со стороны воды покрыта слоем накипи
Коэффициент теплопередачи:
(5)
К=1152+0,00258+0,0061+13326=39
Удельный тепловой поток:
(6)
39∙775-130=25155
Значения температур на поверхности стенки:
(7)
775-2515552=291,3°С
(8)
291,3-251550,00258=290,4°С
(9)
130+251553326=137,6°С
Рисунок 2 - Эпюра температур от t1 до t2 для двухслойной плоской стенки.
Накипь является значительным термическими сопротивлением, что снижает коэффициент теплопередачи

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

и получи доступ ко всей экосистеме Автор24

. Слой накипи толщиной в по термическому сопротивлению эквивалентен слою стальной стенки. Помимо вреда от снижения теплопередачи, отложение накипи на стенке вызывает повышение её температуры, что может оказаться причиной пережога теплообменной поверхности.
В чём различие между коэффициентами теплоотдачи и теплопередачи, и какова связь между ними.
Согласно закону Ньютона - Рихмана тепловой поток в процессе теплоотдачи порпорционален площади поверхности теплообмена и разности температур поверхности и жидкости :
(10)
Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом теплоотдачи, его единица измерения . Он характеризует интенсивность процесса теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи представляет собой количество теплоты, отдаваемое в единицу времени единицей поверхности при разности температур между поверхностью и жидкостью, равной одному градусу:
(11)
Коэффициент теплопередачи представляет собой количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу поверхности стенки от одной жидкости к другой при разности температур между ними в один градус:
(12)
Разница между коэффициентом теплоотдачи и коэффициентом теплопередачи состоит в том, что суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде

26 Теплопередача. Теория горения

26.11 Плоская стальная стенка толщиной δ₁=10 мм омывается с одной стороны газами с температурой t_ж1=310ºС, а с другой изолирована от окружающего воздуха, имеющего температуру t_ж2=10ºС, плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ₂=15 мм. Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок, если известно, что коэффициент теплопроводности стали λ₁=40 Вт/(м·К), а материала изоляционной пластины λ₂=0,15 Вт/(м·К). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁=25 Вт/(м²·К), а от пластины к воздуху α₂=10 Вт/(м²·К).

Ответ: q=1260 Вт/м², t_c1=278,5ºC, t_c2=136ºC.

26.12 (Вариант 98) Плоская стальная стенка толщиной δ_с омывается с одной стороны горячими газами с температурой t₁, а с другой стороны – водой с температурой t₂. Определите коэффициент теплопередачи от газов к воде k, удельный тепловой поток q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке α₁ и от стенки к воде α₂; коэффициент теплопроводности стали λ_c=50 Вт/(м·ºС). Определите так же все указанные величины, если стенка со стороны воды покроется слоем накипи толщиной δ_н; коэффициент теплопроводности накипи λ_н=2 Вт/(м·ºС).

Для указанных вариантов задачи постройте эпюры температур от t₁ до t₂. Объясните, в чем состоит вред отложения накипи на стальных поверхностях теплообмена.

Таблица 3

δ_c, мм	δ_н, мм	α₁, Вт/(м 2 ·ºС)	α₂, Вт/(м 2 ·ºС)	t₁, ºС)	t₂, ºС)
32	0,6	48	3200	760	180

Варианты задачи: 97, 17, 18, 35, 78, 27, 28, 20, 09, 86, 03, 36, 99, 07.

26.13 Плоская кирпичная стенка хлебопекарной печи с одной стороны омывается продуктами сгорания топлива с температурой t₁, а с другой – воздухом помещения с температурой t₂. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией равны соответственно α₁ и α₂. Коэффициент теплопроводности стенки λ=0,6 Вт/(м·К), толщина стенки δ=755 мм. Кроме теплоотдачи конвекцией со стороны продуктов сгорания на стенку падает лучистый тепловой поток, часть которого qлуч=10³ Вт/м² поглощается поверхностью стенки. Определить плотность теплового потока, проходящего через стенку.

Таблица 1 – Исходные данные

α₁, Вт/(м 2 ·К)	α₂, Вт/(м 2 ·К)	t₁, ºC	t₂, ºC
150	50	1300	20

Ответ: q=2024 Вт/м².

26.14 Определить плотность теплового потока от воздуха к водному раствору хлорида кальция (рассолу), циркулирующему в плоской батарее камеры хранения скоропортящегося сырья хлебозавода, если стенка батареи покрылась слоем льда толщиной δ=5 мм. Температура в холодильной камере t_к=4ºС, средняя температура рассола t_ж, коэффициент теплоотдачи от воздуха ко льду α₁, коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке α₂, коэффициент теплопроводности льда λ=2,25 Вт/(м·К), коэффициент теплопроводности стальной стенки λ₁=32 Вт/(м·К) и толщина стенки δ=1,5 мм.

Таблица 6 – Исходные данные

Предпоследняя цифра шифра	α₁, Вт/(м 2 ·К)	α₂, Вт/(м 2 ·К)	t_ж, ºC
6	20	2000	-15

Ответ: q=36,1 Вт/м².

26.15 Стальная труба длиной l,м и диаметром d₁/d₂=150/165мм покрыта слоем изоляции теплопроводностью λ, Вт/(м·ºС) и толщиной δ, мм. По трубе течет вода с температурой t_в,ºС, коэффициент теплоотдачи α₁,Вт/(м²·ºС), снаружи труба омывается воздухом с температурой t_возд,ºС, коэффициент теплоотдачи α₂,Вт/(м²·ºС). Определить сколько тепла теряется в течение года. Теплопроводность стали 45 Вт/(м·ºС). Как изменятся теплопотери, если на внутренней поверхности труби образован слой ржавчины толщиной 0,2 мм и коэффициентом теплопроводности 5 Вт/(м·ºС).

Вариант 1
l, м	δ, мм	λ, Вт/(м·ºС)	α₁, кВт/(м²·ºС)	t_в, ºС	α₂, Вт/(м²·ºС)	t_возд, ºС
200	5	0,05	1,2	150	15	-35

Варианты задачи: 3, 8, 9, 12, 15, 24, 25.

26.16 (Вариант 16) Плоская стальная стенка толщиной δ₁ (λ₁=40 Вт/(м·К)) с одной стороны омывается газами, при этом коэффициент теплоотдачи равен α₁. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ₂ (λ₂=0,15 Вт/(м·К)). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α₂. Определить удельный тепловой поток q, Вт/м² и температуры t₁, t₂, t₃ поверхностей стенок, если температура газов равна t_г, а воздуха t_в. Данные для решения выбрать из таблицы.

Таблица 6.1 – Исходные данные

δ₁, мм	α₁, Вт/(м 2 ·К)	t_г=348,5 ºC	δ₂, мм	α₂, Вт/(м 2 ·К)	t_в=348,5 ºC
6	42	380	12	6	25

Ответ: q=1314 Вт/м², t₁=348,7 ºC, t₂=348,5 ºC, t₃=244,0 ºC.

26.17 Определить тепловой поток через поверхность 1 м паропровода и температуру внутренней поверхности паропровода диаметром d=0,22 м, изолированного слоем изоляции толщиной δ₁=0,12 м, с коэффициентом теплопроводности 0,11 Вт/(м·К). Толщина стенки паропровода δ₂=0,016 м. Температура пара t_ж1=260ºС, наружного воздуха t_ж2=38ºС. Принять коэффициент теплоотдачи со стороны пара α₁=100 Вт/(м²·К), со стороны воздуха α₂=9,5 Вт/(м²·К). Термическим сопротивлением стенки трубы пренебречь.

Ответ: q_l=2355 Вт/м.

26.18 Плоская кирпичная стенка толщиной δ омывается с одной стороны газами с температурой t_ж1, с другой – воздухом с температурой t_ж2.

Таблица 3.1 — Исходные данные к задаче 3

Вариант	δ, мм	t_ж1, ºС газ	t_ж1, ºС воздух
1	60	1000	100

Ответ: k=18 Вт/(м²·К), q=16200 Вт/м², t_ст1=965,5 ºС, t_ст2=208,0 ºС.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.

26.19 (Вариант 3) Внутри стальной трубы длиной l=5 м, наружный диаметр которой d_нар и толщина стенки δ_ст, движется трансформаторное масло с температурой t_ж1. Труба расположена в помещении с температурой t_ж2. Коэффициент теплоотдачи от масла к внутренней поверхности трубы α₁, от поверхности трубы к воздуху, находящемуся в помещении, α₂.

Обосновать целесообразность применения тепловой изоляции из бетона толщиной δ_б для уменьшения теплопотерь от трубы, используя понятие о критическом диаметре изоляции.

Определить тепловой поток, линейную плотность теплового потока и линейный коэффициент теплопередачи через трубу без бетона и при его наличии. Найти для заданных условий максимальное значение коэффициента теплопроводности изоляции, накладываемой на трубу с целью уменьшения тепловых потерь от трубопровода.

Коэффициенты теплопроводности стали λ_ст=45 Вт/(м·К), бетона λ_б=1,3 Вт/(м·К).

Таблица 3.1 – Исходные данные

d_нар, мм	δ_ст, мм	δ_б, мм	t_ж1, ºС	t_ж2, ºС	α₁, Вт/(м 2 ·К)	α₂, Вт/(м 2 ·К)
52	2,0	60	120	25	800	8

Варианты задачи: 3, 7.

26.20 (Вариант 07) По горизонтально расположенной стальной трубе (λ=20 Вт/(м·К)) со скоростью ω течет вода, имеющая температуру t_в. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого t_воз при давлении 0,1 МПа. Определить коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ соответственно от воды к внутренней поверхности трубы и от ее наружной поверхности к воздуху, коэффициент теплопередачи и тепловой поток q_l, отнесенные к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы равен d₁, внешний d₂. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 5.

Читайте также: