![]()
Главная Обратная связь Дисциплины:
Архитектура (936) ![]()
|
Термодинамические свойства фреона - 12 в состоянии насыщения
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Оглавление Введение………………………………………………………………………….……4 Тема 1.Основные положения теории теплопроводности………..……………….…7 Тема 2. Теплопроводность при стационарном тепловом режиме….................……8 Тема 3. Теплопроводность при нестационарном тепловом режиме……...........…10 Тема 4. Основные положения конвективного теплообмена……………………….12 Тема 5. Основные методы подобия и моделирования……………………………..14 Тема 6. Основные вопросы методологии эксперимента………………………...…15 Тема 7. Теплоотдача при вынужденном продольном омывании плоской поверхности……………………………………………………………………………17 Тема 8. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах и при поперечном омывании труб и пучков труб……………………………………….....19 Тема 9. Теплоотдача при свободном движении жидкости…………................……21 Тема 10. Отдельные задачи конвективного теплообмена в однородной среде…...23 Тема 11. Теплообмен при конденсации чистого пара……………………………...24 Тема 12. Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей………….…...26 Тема 13. Конвективный тепло- и массообмен……………………....................……29 Тема 14. Основные законы теплового излучения…………………………………..31 Тема 15. Теплообмен излучением между непрозрачными телами, разделенными прозрачной средой……………………………................................…………………32 Тема 16. Теплообмен излучением в поглощающих средах. Сложный теплообмен…………………………………………………………………34 Тема 17. Теплообменные аппараты………………………….............................……36 Контрольная работа 1 Задача 1 (к темам 1 и 2). Считая режим теплопроводности стационарным, определить: а) плотность теплового потока (для плоской формы стенки) или линейную плотность (для цилиндрической формы стенки); б) мощность теплового потока через стенку; в) количество теплоты, прошедшей через стенку за сутки. Изобразить также схематично график распределения температур по толщине стенки. Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл.1.1 Таблица 1.1
Методические указания. При выполнении задачи обратить внимание на правильное использование обозначения тепловых величин и их единиц: q — плотность теплового потока в ваттах на квадратный метр (Вт/м2); ql—линейная плотность теплового потока в ваттах на метр (Вт/м); Q — мощность теплового потока в ваттах (Вт); Qτ —количество теплоты в джоулях (Дж). В качестве образца графического представления температурного поля могут служить рис.2—1, 2—6 [1]. В случае затруднений с решением задачи 1 рекомендуется проанализировать предлагаемое решение обратной задачи: Пусть за сутки стенка в стационарном тепловом режиме пропускает Qτ=100 МДж теплоты. Температура одной из поверхностей стенки 100°С, противоположной поверхности —90°С. Стенка выполнена из материала с коэффициентом теплопроводности λ=0,1 Вт/(м К). Определить толщину стенки в двух случаях: а) если стенка плоская и имеет площадь поверхности F = 90 м2; б) если стенка цилиндрическая и имеет внутренний диаметр d=1м и длину 100 м. Определить также для каждого случая мощность теплового потока и удельные значения теплового потока. Дано: Qτ =100 МДж=100
Случай а) стенка плоская, F=90 м2. Случай б): стенка цилиндрическая, длина L=100 м, внутренний диаметр d=1м. Определить для случаев а) и б) δ, Q,q или Задача 2(к темам 1 и 2). Плоская стальная стенка толщиной Определить коэффициент теплопередачи от газов к воде и удельный тепловой поток через стенку для случаев: а) чистой стенки; б) стенки, покрытой со стороны воды слоем накипи толщиной Значение коэффициента теплопроводности стали принять равным табл. 2.1 Таблица 2.1
Методические указания. При построении графиков распределения в качестве образца может служить рис. 2—3 [1]. В сравнительном анализе графиков следует объяснить повышение температур стальной стенки после образования слоя накипи, а также объяснить различие в наклоне температурного графика, в пределах стальной стенки и в пределах слоя накипи. В случае затруднении с решением задачи 2 рекомендуется проанализировать предлагаемые решения обратной задачи. Пусть стальная стенка толщиной Со стороны воды поверхность стальной стенки покрывается накипью с коэффициентом теплопроводности Дано: Определить: Задача 3 (к теме 3. Определить температуру в центре и на поверхности пластины толщиной Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 4.1 Таблица 4.1
Методические указания. Наиболее удобный путь решения задачи состоит использовании известной теоретической зависимости между относительной безразмерной температурой и критериями Био и Фурье: (t*—tж)/(t0—tж)=f(Fo, Bi). Эта зависимость представлена графиками на рис. 3—4, 3—5 [1] для двух случаев: когда t* есть температура центра (среднего сечения) пластины и когда t* есть температура поверхности пластины. По графикам определяют безразмерную температуру, вычислив сначала значения безразмерных чисел: Fo = Коэффициент температуропроводности а вычисляют по известным значениям плотности, теплоемкости и коэффициента теплопроводности пластины. При вычислении критериев следует помнить, что они безразмерны и что Найдя по графику или .таблице безразмерную относительную температуру, например, для центра пластины, затем, находят по ней и температуру центра пластины, поскольку значения температуры среды tж и начальной температура пластины t0 известны. В случае затруднений с решением задачи 4 рекомендуется проанализировать предлагаемые решения аналогичной задачи, но с нагреванием круглого стержня, бесконечной длины. Круглый стержень диаметром 0,02 м имеет длину во много раз больше диаметра (цилиндр бесконечной длины). Стержень выполнен из пластика с коэффициентом теплопроводности 1 Дано: R= D/2=0,01 м; Определить: Задача 4 (к темам 4—8). По трубке с внешним диаметром d=16 мм длиной l=2,1 м течет горячая вода отдающая теплоту через стенку трубки, охлаждаемой извне Расход воды по трубке G=0,0091 кг/с, температура воды на входе Вычислить заданные числа подобия, приняв в качестве определяющей температуры заданное ее значение, в качестве определяющего размера принять внутренний диаметр трубки, в качестве расчетного температурного напора — среднюю (логарифмическую) разность температур между жидкостью и стенкой. Представить график изменения температур жидкости и стенки по длине трубки, указать на графике заданные значения определяющей температуры и расчетного температурного напора. Данные, необходимые для выбора своего варианта условия задачи, приведены в табл. 5.1 Таблица 5.1
Методические указания. Перечень и структура безразмерных величин (зависимых переменных и постоянных), подлежащих вычислению в задаче, приведеных в параграфе 5—3 учебника [1], а число Стантона — в формуле (7-35) [1]. Вопросы вычисления и определения других заданных величин (скорости потока, определяющих температур, коэффициента теплоотдачи и температурного напора) изложены в главе 6 учебника [1], также в методических указаниях к теме 6. В случае затруднений с решением задачи 1 рекомендуется проанализировать предлагаемое решение сходной задачи. Д а н о: внутренний диаметр трубки d=0,012 м, длина трубки=1,5 м; расходы воды через трубку G=0,0l03 кг/с; температура воды на входе 0пределить: 1)среднюю скорость воды, 2)среднее число Прандтля Рг при следующих определяющих температурах: средней температуре жидкости 3) среднее число Стантона St при средней температуре воды Задача 5 (к темам 4—8). Определить мощность теплового потока, характеризующего конвективную теплоотдачу в струе жидкости, протекающей по трубе заданного диаметра длиной 3 м. Обосновать выбор расчетного уравнения, применяемого при решении задачи. Данные, необходимые для решения этой задачи, выбрать из табл. 6.1 Таблица 6.1
Методические указания. Мощность теплового потока (в Вт) определяется по формуле Ньютона — Рихмана: Поэтому необходимо вычислить площадь поверхности стенки трубы, средний коэффициент теплоотдачи При выборе расчетного безразмерного уравнения следует учесть значение числа Рейнольдса. Особое внимание при действиях с расчетным уравнением нужно уделять определяющей температуре, указываемой с помощью индексов при числах подобия. В соответствии с полученным числовым значением определяющей температуры выписывают из таблицы теплофизических свойств, приведенной, например, в приложении к учебнику, нужные значения этих свойств и с их помощью вычисляют сначала значение определяющих чисел подобия, входящих в безразмерное уравнение, а затем с помощью этого уравнения и значение среднего числа Нуссельта. По значению среднего числа Нуссельта находят средний коэффициент теплоотдачи где В случае затруднения с решением задачи 2 рекомендуется проанализировать решение аналогичной задачи. Дано: длина трубы l=1м: внутренний диаметр трубы d= 0,1 м; температура стенки трубы tс=100°С; средняя логарифмическая температура жидкости tж=60 Определить мощность теплового потока через стенку трубы Qc. Задача 6 (к темам 4—2). Определить мощность тепловою потока, характеризующую конвективную теплоотдачу от поверхности объекта — трубы заданного диаметра длиной 40 м или вертикальной стенки заданной высоты при ширине 15 м. Обосновать выбор критериальной формулы, примененной для peшения. задачи. Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 7.1 Таблица 7.1
Методические указания. Следует иметь в виду, что в задаче рассматривается только конвективная составляющая теплоотдачи. Суммарная геплоотдача (с учетом теплового излечения) обычно больше своей конвективной составляющей, но здесь задача по определению суммарной теплоотдачи не ставится. Как и в предыдущей задаче, нужно внимательно следить за правильностью выбора определяющей температуры. При вычислении критерия Грасгофа следует обратить внимание на особенность определения коэффициента объемного расширения В общем случае значение этого коэффициента зависит от давления и температуры и вычисляется по следующей интерполяционной формуле: где Для насыщенного водяного пара и для воды на линии насыщения значения коэффициентов объемного расширения приводятся в справочных таблицах рекомендуемой учебной литературы. Вода при давлениях меньше 10 МПа имеет коэффициент объемного расширения, который при данной температуре практически не зависит от давления и поэтому его можно определять по табличным значениям, приведенным для данной температуры на линии насыщения воды. Наконец газы, а также воздух, который можно рассматривать как идеальные, характеризуюся коэффициентом объемного расширения, который определяется с помощью уравнения Клапейрона — Менделеева (он равен величине, обратной абсолютной температуре Задача 7(к теме 11). При заданных условиях конденсации определить: а) средний коэффициент теплоотдачи и сравнить результат с данными номограммы на рис. 12-9 [1]; б) мощность теплового потока, отводимого через стенку, трубы при конденсации пара; в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию неподвижного пара). Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл 8.1 Таблица 8.1
Методические указания. Прежде всего, следует определить, является ли режим стекания конденсата с трубы ламинарным или смешанным, с появлением внизу участка турбулентности. Для этого определяют число подобия [1, § 12.2.1]: где индекс «ж» является указателем определяющей температуры, согласно которому Значение теплоты конденсации r находят по температуре насыщения, которая определяется по заданному давлению р сухого насыщенного пара с помощью известных из курса термодинамики таблиц. При определении физических. свойств воды в состоянии насыщения [1, табл. 5] или [2, табл. 11] следует иметь в виду, что собственно давления насыщенного пара pн приведены здесь лишь для температур tн=100°С и выше. Значение p= 1,013 бар, приводимое в таблице в интервале температур 0-90°С, указывает лишь на давление, при котором здесь были определены другие физические параметры воды. В случае отсутствия под рукой таблиц воды и водяного пара в состоянии насыщения можно воспользовался следующими значениями температуры и теплоты испарения (конденсации) в зависимости от давления сухого насыщенного водяного пара:
После вычисления Z сравнивают результат с zcр=2300. Если Далее определяют искомый коэффициент теплоотдачи, который входит в состав Если же Значение
Задача 8 (к темам 14 и 15). Определить долю теплоотдачи излучения в составе полной (суммарной) теплоотдачи при нагревании помещения с температурой 20°С радиатором водяного отопления. Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции от радиатора к воздуху принять равным 5,5 Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 9.1 Таблица 9.1
Методические указания. При расчете приведенной поглощательной способности по формуле Стефана — Больцмана поглощательную способность следует принять близкой к единице. Теплообмен излученном между радиаторам и помещением сводится к случаю теплообмена между выпуклым телом и его оболочкой.При решении задачи на теплообмен излучением нужно пользоваться-следующими числовыми значениями постоянных: Постоянная Стефана-Больцмана Задача 9(ктеме 12). Пользуясь формулой Кутателадзе и формулой Михеева, определить коэффициент теплоотдачи а, температурный напор Построить схематично график зависимости q от Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, взять из табл. 9.2. Таблица 9.2.
Для произвольных жидкостей – формула Кутателадзе: Где значение в первых скобках выражается в м-2; во вторых скобках – безразмерно; Определив коэффициент теплоотдачи Более простая и точная (+/-35%) формула теплоотдачи при пузырьковом кипении, но применимая только для воды, рекомендована Михеевым:
где Методические указания. Наиболее вероятный источник ошибок при вычислении ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблицы термодинамических свойств газов [2]
Таблица 1 Воздух
Таблица 2 Азот
Таблица 3 Углекислый газ
Таблица 4 Физические свойства масла МС – 20 [5]
Таблица 5 Физические свойства масла МК [5]
Таблица 6 Физические свойства воды на линии насыщения [3]
Таблица 7 Физические свойства водяного пара на линии насыщения [3]
Таблица 8 Термодинамические свойства фреона - 12 в состоянии насыщения
Литература 1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С.Теплопередача. М., Энергоатомиздат, 1981. 2. КраснощековЕ.А., Сукомел А.С.Задачник по теплопередаче. М., Энергия, 1980. 3. Теория тепломассообмена / Под ред. А. И. Леонтьева. М., Высшая школа, 1979. 4. Осипова В.А.Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М., Энергия, 1979. 5. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен /Под ред. Э.И.Гуйго. М., Энергия, 1986. 6. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи / Пер. с англ. М., Мир, 1983.
![]() |