Теплопередача
СОДЕРЖАНИЕ: МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «ТЕПЛОТЕХНИКА И ГИДРАВЛИКА» СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА №2МИНИСТЕРСТВО 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 С (вдали от стенки), с другой стороны – свободным потоком атмосферного воздуха с температурой tж2 =10 С.
c
tж1 tж2
qh
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 1
, 2
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 i
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 необходимо выбрать уравнения подобия и найти числа подобия.
При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть использовано следующее уравнение подобия:
;
Для воды при температуре 80С 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 выше; при вынужденном движении величина обычно значительно больше, чем при свободном), выбираем 
.
При температуре 75С 
.
;
При свободном движении (естественной конвекции) вдоль вертикальных поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:
;
Для воздуха при температуре 10С характерны следующие параметры:
; 
;
а при температуре 75С 
.
;
;
;
;
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
1 , Вт/(м2 К) |
2, Вт/(м2 К) |
1/ 1 , м2 К/Вт |
1/ 2 , м2 К/Вт |
/с , 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.