Контрольная работа по "Технологии". 38

     Задача 1 Труба из определенного материала снаружи омывается естественным конвективным восходящим потоком воздуха (см. рис. 1). Необходимо определить температуру жидкости на выходе из трубы.

Условия расчета При выполнении расчетов в первой задаче принять следующее:

– труба  расположена горизонтально;

– температура  окружающей среды t_возд  = 20°С.

Порядок выполнения расчета

Для решения  данной задачи студенту необходимо:

1. Описать цель и задачи расчета.
2. Начертить конструктивную схему (см. рис.1).
3. Записать исходные данные из табл. 2.
4. Занести в табл. 3, 4 все постоянные величины для своего варианта, выбранные по справочнику [2].
5. Решение задачи оформить в виде табл. 5, где необходимо задать в двух приближениях температуру на выходе из трубы и произвести расчет:

     – количества теплоты, подведенного греющей средой;

     – средней  температуры;

     – площади  проходного сечения;

     – удельного  объема;

     – объемного  расхода;

     – средней  по сечению скорости потока;

     – коэффициента кинематической вязкости;

     – критериев  Рейнольдса, Прандтля, Нуссельта, Грасгофа;

     – эквивалентного диаметра;

     – коэффициента теплоотдачи с внутренней и внешней  сторон стенки;

     – коэффициента теплопередачи;

     – площади  поверхности теплообмена;

     – температурного напора;

     – тепловой мощности.

     Затем посчитать погрешность и определить коэффициент тепловой мощности согласно расчетным формулам, приведенным выше и в литературе [1,2].

  Погрешность между количеством теплоты, переданной греющей средой Q_гр, и тепловой мощностью Q не должна превышать 10%.

Пример  расчета

1. Цель и задачи расчета.
2. Конструктивная схема.
3. Исходные данные:

d_внутр= d_нар – 2 · δ_ст = 0,017м.

4. Таблицы постоянных величин:

Для воды при t_вх= 300°С, P_атм=10⁵ Па.

                                                                                    Таблица 3 
 
 
 
 
 

Для воздуха при  t_возд= 20°С, P_атм=10⁵ Па.

                                                                                          Таблица 4 
 
 
 
 
 
 

5. Решение:

Таблица 5

Задача 2

    Теплообменник «труба в трубе». Движение сред во внутренней трубе и в межтрубном пространстве – вынужденное (см. рис. 2). 

Условия расчета

При выполнении расчетов принять следующее:

– труба  расположена горизонтально;

– температура  окружающей среды t_возд  = 20°С;

– потерями в окружающую среду пренебречь;

– наружная «рубашка» расположена на расстоянии 10 мм от d_нар трубы;

– во всех вариантах в «рубашке» находится  вода.

   Необходимо  определить температуру воды на выходе из межтрубного пространства.

Порядок выполнения расчета

Для решения  данной задачи студенту необходимо:

1. Начертить конструктивную схему (см. рис.2).

2. Записать исходные данные из табл. 2.

3 Занести  в табл. 6,7 все постоянные величины  для своего варианта, выбранные  по справочнику [2].

4. Решение  задачи оформить в виде табл. 8, где необходимо задать в двух  приближениях температуру на выходе из трубы, учесть «рубашку» и произвести расчет:

     – средней  температуры;

     – температуры  среды «рубашки» на выходе;

     – средней  температуры «рубашки»;

     – количества теплоты, подведенной греющей средой;

     – количества теплоты, подведенной средой в «рубашке»;

     – площади  проходного сечения;

     – удельного  объема;

     – объемного  расхода;

     –- средней по сечению скорости потока;

     – коэффициента кинематической вязкости;

     – критериев  Рейнольдса, Прандтля, Нуссельта;

     – эквивалентного диаметра;

     – коэффициента теплоотдачи с внутренней и внешней сторон стенки;

     – коэффициента теплопередачи;

     – площади  поверхности теплообмена;

     – температурного напора;

     – тепловой мощности.

     Затем посчитать погрешность и определить коэффициент тепловой мощности согласно расчетным формулам, приведенным выше и в литературе [1,2].

  Погрешность между количеством теплоты, переданной греющей средой Q_гр, и тепловой мощностью Q не должна превышать 10%.

Пример  расчета

1. Конструктивная схема.
2. Исходные данные:

d_внутр= d_нар – 2 · δ_ст = 0,017м.

3. Таблицы постоянных  величин. 

Для воды при t_вх= 300°С, P_атм=10⁵ Па.

                                                                                       Таблица 6 
 
 
 

Для воды в «рубашке»  при  t_вх = 25°С, P_атм=10⁵ Па.

                                                         Таблица 7 
 
 
 
 
 

4. Решение:

Таблица 8

Задача 3

Одиночная исходная труба обогревается снаружи электронагревателем, расположенным вокруг трубы с жидкостью (см. рис. 3).

Условия расчета

При выполнении расчетов в третьей задаче принять следующее:

– труба  расположена горизонтально;

– температура  окружающей среды t_возд = 20°С;

– потерями в окружающую среду пренебречь;

– наружная «рубашка» расположена на расстоянии 10 мм от d_нар трубы;

– при  расчете теплопередачи излучением конвективной составляющей теплообмена  пренебречь;

– электрический  нагреватель изготовлен из нихрома с удельным сопротивлением ρ = 1,1 Ом·мм²/м.

   В задаче необходимо определить температуру  электронагревателя. Для этого произвести расчет:

     – площади  поперечного сечения проводника;

     – электрического сопротивления проводника;

     – электрической  и тепловой мощности;

     – температуры  на выходе;

     – средней  температуры;

     – площади  проходного сечения;

     – удельного  объема;

     – объемного  расхода;

     – средней  по сечению скорости потока;

     – коэффициента кинематической вязкости;

     – критериев  Рейнольдса, Прандтля, Нуссельта;

     – эквивалентного диаметра;

     – коэффициента теплоотдачи;

     – площади  поверхности теплообмена;

     – температуры  стенки трубы;

     – абсолютной температуры стенки трубы;

     – абсолютной температуры электронагревателя;

     – температуры  электронагревателя.

     Затем определить коэффициент тепловой мощности согласно расчетным формулам, приведенным выше и в литературе [1,2].

Порядок выполнения расчета

   Для решения данной задачи студенту необходимо:

1. Начертить  конструктивную схему (см. рис.3).

2. Записать  исходные данные из табл. 2.

3. Занести в табл. 9, 10 все постоянные величины для своего варианта, выбранные по справочнику [2].

4. Решение  задачи оформить в виде табл. 11, где необходимо производить  расчет согласно расчетным формулам, приведенным выше и в литературе [1,2].

Пример  расчета

1. Конструктивная схема.
2. Исходные данные:

3. Таблицы постоянных  величин:

Для воды при t_вх= 300°С, P_атм=10⁵ Па.

                                                                                       Таблица 9 
 
 
 
 
 

d_внутр= d_нар –2· δ_ст = 0,017м.

Для  электронагревателя (нихром):

                                                                                                  Таблица 10 
 
 
 

Удельное  сопротивление нихрома r =1 Ом× мм²/м.

4. Решение:

Таблица 11

     Решив все три предложенные задачи, необходимо провести анализ расчета и определить, какой из способов теплопередачи  наиболее эффективен по полученным значениям  коэффициента приведенной тепловой мощности:

где - разность температур на входе и выходе теплообменника.