Практическая работа по тепломассообмену для ТулГУ, пример оформления

Практическая работа № 1 по тепломассобмену Вариант №9   Задача 1 Стенка топочной камеры имеет размеры 3×5 . Стенка состоит из шамотного кирпича (250 ) и одного красного кирпича (250 ); в промежутке между ними имеется изоляционная совелитовая прокладка толщиной . Температура внутренней поверхности стенки ; температура наружной поверхности по условиям техники безопасности не должна превышать . Определить тепловой поток через стенку за 10 часов работы и экономию в процентах от применения изоляционной прослойки по сравнению со стенкой той же толщины, но выполненной из шамотного кирпича. Найти температуры на обеих поверхностях изоляционной прослойки; результаты представить графически. Коэффициент теплопроводности: шамота , совелита , красного кирпича . Параметры выбрать по таблице 1. Таблица 1 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 1300 0,82 4 0,125 Решение Тепловой поток через стенку за 10 часов работы: (1) где — температуры внутренний и наружной поверхностей стенки соответственно, ; — толщина слоев стенки, ; — коэффициенты теплопроводности материалов слоев стенки, ; — площадь стенки; «Q» _»1″ «=» «15∙» («1300-60» )/(«0,250″ /»1,1» «+» «0,125» /»0,09″ «+» «0,250» /»0,82″ ) «∙3,6∙10=348561кДж» Тепловой поток через стенку выполненную из шамотного кирпича той же толщины за 10 часов работы: (2) «Q» _»2″ «=» «1,1» /»0,250+0,125+0,250″ «∙15∙» («1300-60″ )»∙3,6∙10=1178496кДж» Экономия от применения изоляционной прослойки по сравнению со стенкой той же толщины, но выполненной из шамотного кирпича: (3) «Э=» «1178496-348561″ /»1178496» «∙100=70%» Температуры на обеих поверхностях изоляционной прослойки: — на границе слоя шамотного кирпича и совелитовой прокладки (4) «t» _»c1″ «=1300-» «348561» /»3,6∙10∙15″ «∙» «0,250» /»1,1″ «=1153°С» — на границе слоя совелитовой прокладки и красного кирпича (5) «t» _»c2″ «=1153-» «348561» /»3,6∙10∙15″ «∙» «0,125» /»0,09″ «=256°С» По полученным данным строим график изменения температуры по толщине стенки в координатах . Рисунок 1 — График распределения температур по толщине стенки. Ответ: Q1=348561кДж, Q2=1178496кДж, Э=70%, tc1=1153°С, tc2=256°С.   Задача 2 Железобетонная дымовая труба внутренним диаметром 800 и наружным диаметром 1300 должна быть футерована внутри огнеупором. Определить толщину футеровки и температуру наружной поверхности трубы из условий, чтобы тепловые потери с одного погонного метра трубы не превышали , а температура внутренней поверхности трубы не должна превышать . Температура внутренней поверхности футеровки . Коэффициент теплопроводности футеровки , коэффициент теплопроводности бетона . Параметры выбрать по таблице 2. Таблица 2 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 2700 560 280 4 1,14 Решение Коэффициент теплопроводности футеровки: (1) «λ» _»1″ «=0,838+0,001∙» («560+280″ /»2″ )»=1,258 » При стационарном тепловом режиме через все слои проходит одно и то же количество теплоты. Линейная плотность теплового потока через слой футеровки: (2) где — внутренний диаметр футеровки, ; — внутренний диаметр трубы, . Из формулы (2) находим внутренний диаметр футеровки: (3) «d» _»1″ «=» «0,800» /〖»2,718″ 〗^(«2∙1,258∙3,14∙» («560-280″ )/»2700» ) «=0,353м» Толщина футеровки: (4) «δ» _»1″ «=» «0,800-0,353″ /»2» «=0,224м=224мм» Линейная плотность теплового потока через трубу: (5) откуда находим температуру наружной поверхности трубы (6) «t» _»3″ «=280-» («2700» «1» /»2∙1,14″ «ln» «1300» /»800″ )/»3,14″ «=97°С» Ответ: «δ» _»1″ «=224мм» , «t» _»3″ «=97°C» .   Задача 3 Тепловыделяющий элемент ядерного реактора выполнен из смеси карбида урана и графита в виде цилиндрического стержня диаметром . Объемная производительность источников теплоты равномерно распределена по объему и равна , теплопроводность материала стержня . Определить температуру и плотность теплового потока на поверхности тепловыделяющего элемента, если по оси стержня температура равна . Параметры выбрать по таблице 3. Таблица 3 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 48 380 4 720 Решение Температура на поверхности тепловыделяющего элемента: (1) где — диаметр стержня, ; «t» _»с» «=720-» («380∙» 〖»10″ 〗^»6″ «∙» («0,012″ /»2″ )^»2″ )/»4∙48» «=649°С» Плотность теплового потока на поверхности тепловыделяющего элемента: (2) «q=» «1» /»2″ «∙» «0,012» /»2″ «∙380∙» 〖»10″ 〗^»6″ «=1,14∙» 〖»10″ 〗^»6″ » » Ответ: «t» _»c» «=649°С» , q=1,14∙〖10〗^6 . Задача 4 Стенка котла толщиной и теплопроводностью омывается с одной стороны дымовыми газами с температурой , а с другой – кипящей водой при температуре . Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке , а от стенки к воде . Определить коэффициент теплопередачи от газов к воде, плотность теплового потока и температуры поверхностей стенки толщиной . Решить задачу при условии, что стенка покрылась со стороны газов слоем сажи толщиной , а со стороны воды – слоем накипи толщиной . Коэффициент теплопроводности сажи , а накипи . Сравнить результаты расчетов. Определить уменьшение плотности теплового потока. Построить график распределения температур по толщине стенки. Параметры выбрать по таблице 4. Таблица 4 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 1350 290 140 4 5000 0,8 1,3 12 Решение а) Чистая стенка Коэффициент теплопередачи от газов к воде: (1) «k=» «1» /(«1″ /»140» «+» «0,012» /»50″ «+» «1» /»5000″ ) «=132 » Плотность теплового потока: (2) » 132∙» («1350-290″ )»=139920 » Температуры поверхностей стенки: (3) «t» _»ст1″ «=1350-» «139920» /»140″ «=351°С» (4) «t» _»ст2″ «=290-» «139920» /»5000″ «=318°С» Рисунок 1 — Теплопередача через однослойную плоскую стенку; характер изменения температуры в теплоносителях и разделяющей их стенке. б) Стенка покрыта со стороны газов слоем сажи, а со стороны воды – слоем накипи Коэффициент теплопередачи: (5) «k=» «1» /(«1″ /»140» «+» «0,0008» /»0,08″ «+» «0,012» /»50″ «+» «0,0013» /»0,5″ «+» «1» /»5000″ ) «=50 » Плотность теплового потока: (6) » 50∙» («1350-290″ )»=53000 » Температуры поверхностей стенки: (7) «t» _»ст1″ «=1350-» «53000» /»140″ «=971°С» (8) «t» _»ст2″ «=971-53000» «0,0008» /»0,08″ «=441°С» (9) «t» _»ст3″ «=441-53000» «0,012» /50 «=428°С» (10) «t» _»ст4″ «=290-» «53000» /»5000″ «=301°С» Рисунок 2 — Теплопередача через многослойную плоскую стенку; характер изменения температуры в теплоносителях и разделяющей их стенке При покрытии стенки котла со стороны газов слоем сажи, а со стороны воды – слоем накипи, удельная плотность теплового потока уменьшается в «139920» ⁄»53000″ «=2,6» раза. Ответ: а) «k=132 » , «q=139920» , «t» _»ст1″ «=351°С» , «t» _»ст2″ «=318°С» ; б) «k=50 » , «q=53000» , «t» _»ст1″ «=971°С» , «t» _»ст2″ «=441°С» , «t» _»ст3″ «=428°С» , «t» _»ст4″ «=301°С» ; плотность теплового потока уменьшается в 2,6 раза. Задача 5 По паропроводу, внутренний диаметр которого , движется пар со средней температурой, равной , коэффициент теплоотдачи от пара к стенке , а температура окружающей среды . Коэффициент теплопроводности стенки ,толщина стенки . Определить тепловые потери в следующих случая: а) при оголенном паропроводе, непосредственно охлаждаемом окружающей средой; интенсивность теплоотдачи от паропровода к среде определяется величиной коэффициента теплоотдачи ; б) при покрытии паропровода слоем изоляции толщиной при коэффициенте теплоотдачи от поверхности слоя изоляции к среде, равном , и коэффициенте теплопроводности изоляции . Найти величину критического диаметра изоляции, дать пояснение. Параметры выбрать по таблице 5. Таблица 5 Последняя цифра шифра 9 250 54 2200 5 Продолжение таблицы 5 Предпоследняя цифра шифра 4 0,21 20 14 85   Решение а) Оголенный трубопровод Наружный диаметр трубопровода: (1) «d» _»2″ «=0,054+2∙0,005=0,064м» Тепловые потери: (2) «q» _»l» «=» «3,14∙» («250-20» )/(«1″ /»2200∙0,054» «+» «1» /»2∙48″ «ln» «0,064» /»0,054″ «+» «1» /»20∙0,064″ ) «=913 » б) Трубопровод покрыт слоем изоляции Наружный диаметр изоляции: (3) «d» _»3″ «=0,064+2∙0,085=0,234м» Тепловые потери: (4) «q» _»l» «=» «3,14∙» («250-20» )/(«1″ /»2200∙0,054» «+» «1» /»2∙48″ «ln» «0,064» /»0,054″ «+» «1» /»2∙0,21″ «ln» «0,234» /»0,064″ «+» «1» /»14∙0,234″ ) «=212 » При наложении тепловой изоляции на трубопровод тепловые потери уменьшатся не пропорционально увеличению толщины изоляции. При неправильном выборе материала изоляции тепловые потери возрастут. Это связано с тем, что у изолированного трубопровода внешняя поверхность увеличивается и условия теплоотвода улучшаются. Значение внешнего диаметра теплоизоляции, при котором тепловой поток достигает максимального значения, называется критическим диаметром изоляции: (5) «d» _»из» «=» «2∙0,21″ /»14» «=0,03м=30мм» Ответ: а) «q» _»l» «=913» ; б) «q» _»l» «=212» , «d» _»из» «=30мм» . Список использованной литературы 1 Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С., Теплопередача -М:,Энергия,1975. — 488 с. 2 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи — М:,Энергия,1980. — 344 с. 3 Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена / В.В. Авчухов., Б.Я. Паюсте. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 144 с. 4 Краснощеков Е.С. Задачник по теплопередаче / Е.С. Краснощеков., А.С. Сукомел. — М.: Энергоатомиздат, 1980. — 299 с.