Тепло горячей воды при температуре tf1, движущейся внутри круглой горизонтальной трубы со скоростью ,

Тепло горячей воды при температуре tf1, движущейся внутри круглой горизонтальной трубы со скоростью , передается воздуху с температурой tf2=20С, омывающему трубу по наружной поверхности свободным потоком. Требуется определить коэффициенты теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы и наружной поверхностью воздуха, а так же коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, отнесенный к 1 м длины трубы и её диаметрам. ПРИМЕЧАНИЕ. Кривизной стенки трубы не пренебрегать. Таблица 2.1. Исходные данные к заданию № Задачи d1 мм δ1 мм м Материал λw Вт/мК W м/с 0С 4 64 3.0 4.0 Сталь 25 0.5 80 Методика решения задачи №2 Исходные данные: 1) внутренний диаметр трубки; 2) толщина стенки; 3) длина трубы; 4) материал трубы, сталь; 5) средняя скорость воды; 6) средняя температура воды 7) температура воздуха, окружающего трубу

Для определения режима движения воды необходим критерий Рейнольдса
,
где - коэффициент кинематической вязкости воды (см. прил. 2).
2. Определяем коэффициент теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы
а) для турбулентного движения
,
б) для переходного движения
,
в) для режима
.
Поскольку , режим движения устойчивый, турбулентный и поэтому для определения коэффициента теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы используется уравнение (а).
Значение Prf1 определяем по приложению 2.
В данном выражении неизвестной величиной является число Прандтля Prw1, которое зависит от неизвестной величины tw1 - температура внутренней поверхности трубы, поэтому в первом приближении задаемся температурой
.
Оцениваем температуру методом последовательных приближений: задаемся произвольной температурой (близко к ) и производим весь расчет до конца, при этом контрольной величиной является величина теплового потока Q.
Определяем температурный напор в стенку
.
По приложению 2 интерполяцией подсчитываем критерий Прандтля .
Далее определяем поправку на наличие начального участка в зависимости от отношения :
если , то

.
если , то
если , то
если , то
Подставляя все найденные значения получим
.
2. Определяем коэффициент теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы
,
где коэффициент теплопроводности воды при 80 С определяем по приложению 2.
3. Определяем количество тепла, переданное водой
.
4. Определяем температуру наружной поверхности трубы
,
т.е