84742

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОРЕБРЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Курсовая

Физика

Оребренная поверхность состоит из поверхности ребер и поверхности участков, не занятых ребрами. Температура этих двух поверхностей и их размеры различны. Контакт между основанием ребра и несущей их стенкой трубы может быть недостаточно плотным.

Русский

2015-03-21

509.36 KB

62 чел.

УДК 620.9 (076)

Реферат

 Курсовая работа содержит пояснительную записку 30 с., 2  рис.

 КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, ПРИВЕДЕННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОРЕБРЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ.

В работе рассмотрен вопрос коэффициента теплоотдачи и приведенного коэффициента теплопередачи оребренной поверхности и приведены решения 4 задач по тепломассообмену.

Содержание

1 Коэффициент теплоотдачи и приведенный коэффициент теплопередачи оребренной поверхности..................................................................…...………...5

2 Задача 5(5)...…………………………………..……....……………...…….......10

3 Задача 12(4)…....…………………………………..…….......…………………14

4 Задача 15(4)...……….………………………………….………………………16

5 Задача 23(5)...….…………………….…………………………………………18

Список использованных источников……………………………….….……….30

Коэффициент теплоотдачи и приведенный коэффициент теплопередачи оребренной поверхности

Оребренная поверхность состоит из поверхности ребер и поверхности участков, не занятых ребрами. Температура этих двух поверхностей и их размеры различны. Контакт между основанием ребра и несущей их стенкой трубы может быть недостаточно плотным. Поэтому должно быть учтено термическое сопротивление контакта и собственное термическое сопротивление ребра, зависящее от его формы, размеров и материала. Кроме того, разность температур оребренной поверхности и среды переменна по высоте ребер.

Чтобы узнать все эти обстоятельства и иметь возможность характеризовать интенсивность конвективного теплообмена в целом для оребренной поверхности, вводят понятие приведенного коэффициента теплоотдачи. Это некоторая условная величина, которую можно получить, если теплоту, передаваемую всей оребренной поверхностью, отнести к избыточной температуре наружной поверхности трубы (у основания ребер) и некоторой расчетной поверхности  

Рассмотрим методику определения  для оребренной трубы. Введем обозначения:  - площадь наружной поверхности трубы, взятая по диаметру основания ребер  ;  - площадь поверхности ребер;  - площадь поверхности межреберных участков трубы;  - общая площадь наружной поверхности оребренной трубы;  и  - средняя температура и средний коэффициент теплоотдачи ребра;  - температура среды, окружающей поверхность .

При идеальном контакте ребер и трубы температура основания ребер равна . Общий тепловой поток Q, которым обменивается оребренная поверхность со средой, будет складываться из потока теплоты, отданного ребрами  и межреберными участками . При  в соответствии с законом Ньютона

Принимаем  и заменяем разности температур избыточными температурами. Тогда

Вынося  за скобки, получаем

Заменив в полученном выражении  E, подставляем найденное количество теплоты в уравнение (1). Отсюда находим приведенный коэффициент теплоотдачи

В качестве расчетной площади принимают либо , либо . В первом случае приведенный коэффициент теплоотдачи , отнесенный к основной поверхности,

во втором случае приведенный коэффициент теплоотдачи , отнесенный к основной поверхности,

Очевидно, численные величины приведенных коэффициентов теплоотдачи, отнесенных к разным поверхностям, различны

Площади поверхностей  при расчете  находят либо для трубы длиной 1 м, либо для ребра и прилегающего к нему участка трубы;  - наружная степень оребрения.

В рассмотренных выше соотношениях для расчета приведенного коэффициента теплоотдачи предложено постоянство конвективного коэффициента теплоотдачи по всей поверхности ребра. В действительности, как показали экспериментальные исследования, теплоотдача изменяется и по периметру, и по высоте ребра. Так, локальные коэффициенты теплоотдачи у вершины ребра выше, чем у его основания. Для учета неравномерности распределения коэффициента теплоотдачи на эффективность ребра теоретическое значение последнего E умножают на поправочный   множитель . При этом приведенный коэффициент теплоотдачи

Рассмотрим процесс теплопередачи через оребренную трубу от среды, находящейся внутри трубы и имеющей температуру , к среде, омывающей трубу снаружи и имеющей температуру  (рис. 1).

Рисунок 1 - Определение приведенных коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

Коэффициент теплоотдачи первой среды обозначим . Заметим, что площади поверхностей теплообмена со стороны одной из сред (например, внутренняя поверхность) и со стороны другой среды (наружная, оребренная) заведомо неодинаковы.

Тепловой поток, передаваемый от первой среды к стенке трубы,

Тепловой поток, передаваемый сквозь стенку трубы, если пренебречь влиянием ее кривизны,

Тепловой поток, который отдаст наружная оребренная поверхность второй среде, на основании соотношений, полученных выше, можно найти по формуле

Оставляем в правой части из выражений только разности температур, складываем и решаем относительно Q:

Умножаем числитель и знаменатель на :

Знаменатель полученного выражения представляет собой приведенное термическое сопротивление оребренной трубы; величина, обратная ему, - приведенный коэффициент теплопередачи

Задача №5(5)

Стальная плита неограниченной протяженности толщиной 2δ, имеющая начальную температуру tнч= 55ОСпомещена в печь где происходит односторонний обогрев (вторую поверхность считать теплоизолированной). Температура в печи –   tж=840ОС, коэффициент теплоотдачи к поверхностей плиты α.= 135 Вт/м2∙К. Определить температуры в центре, на поверхностях плиты, а также на расстоянии 0,5δ и 1,5 δ (δ  = 20 мм) от обогреваемой поверхности, через 1,5 час после начала охлаждения. Построить график распределения температуры в плите. Коэффициент теплопроводности стали  λ = 30 Вт/м∙К, удельная теплоемкость: с = 0,5 кДж/кг 0С, плотность стали:      ρ = 8000 кг/м3.

Решение:

  1.  Определение коэффициента температуропроводности:

, /с,

= 7,5∙/с.

  1.  Определение значения числа Фурье:

=.

Т.к. пластина нагревается только с одной стороны то l= 2∙ δ:

== 25,313.

  1.  Определение значения числа Био:

Bi= ,

Bi== 0,18.

Т.к >0,3 то для нахождения безразмерной избыточной температуры стенки достаточно первого члена знакопеременного ряда (n = 1).

  1.  Первое решение характеристического уравнения:

=,

0,4119.

  1.  Определение коэффициента при экспоненциальной зависимости:

=== 1,02817.

  1.  Определение безразмерных избыточных температур для заданных координат X=0; X=1; X=0,5; X=0,75; X=0,25:

  1.  X=0:  Ɵ ==

= 1,02817= 0,014;

2)  X=1:  Ɵ ==

= 1,02817 = 0,0129;

3)  X=0,5:  Ɵ ==

= 1,02817 = 0,0137;

4)  X=0,75: Ɵ ==

= 1,02817= 0,0133;

5)  X=0,25:  Ɵ ==

= 1,02817= 0,0139.

  1.  Температуры в искомых точках:

Ɵ(, ОС,

  1.  X=0:  Ɵ( 0,014(;

  1.  X=1:  Ɵ( 0,0129(;

  1.  X=0,5:  Ɵ( 0,0137(;

  1.  X=0,75: Ɵ( 0,0133(;

  1.  X=0,25: Ɵ( 0,0139(.

  1.  График зависимости

 

Задача №12(4)

По трубе диаметром d = 55 мм течет воздух при давлении                     р = 0,1 МПа. Часовой расход воздуха М = 110 кг/ч, температура воздуха на входе в трубу Тж1= 300 К. Средняя по длине температура внутренней поверхности трубы Тст= 400 К. Определить на каком расстоянии от входа температура воздуха  станет равной  Тж2 = 330 К.

Решение:

1.  Расход воздуха:

2. Средняя температура жидкости:

3.  Плотность воздуха:

где R - удельная газовая постоянная,

4. Скорость воздуха:

5.  Значение числа Рейнольдса:

где – кинематический коэффициент вязкости, .

Число Рейнольдса  следовательно, режим течения жидкости турбулентный.

6. Значение числа Нуссельта:

7. Коэффициент теплоотдачи:

8. Площадь сечения трубы:

9. Масса жидкости:

10. , на расстоянии от входа при

Задача №15(4)

Температура горизонтального неизолированного нихромового провода диаметром d = 4,5 мм не должна превышать tст=90 ˚C. Найти максимально допустимую силу тока, если температура окружающего воздуха tж = 45 ˚С, удельное электрическое сопротивление нихрома ρ = 1,2 Ом∙мм2/м, а степень черноты поверхности провода ε = 0,48.

Решение:

1. Площадь теплообмена:

2. Количество  теплоты, отданное проводом:

3. Полное сопротивление провода:

4. Необходимая сила тока:

Следовательно,

Задача №23(5)

Нагревательный прибор имеет плоскую оребренную поверхность. Основание плоскости В = 1,6 м, высота Н = 2 м. Ребра плоские вертикальные, высота ребра h = 0,3 м, толщина ребра δ = 1,6 мм, шаг ребер s = 30 мм, коэффициент теплопроводности материала ребер λ = 45 Вт/м.К. Температура  поверхности нагревателя у основания ребер tст = 70 oC, температура окружающего воздуха tж = 12 oC.   Определить тепловой поток, передаваемый от нагревателя к воздуху и построить график изменения температуры по высоте ребра.  

Решение:

Тепловой поток, передаваемый от нагревателя к воздуху:

где   коэффициент теплоотдачи ребра,

 – коэффициент теплоотдачи межреберного пространства,  

площадь ребер, м2;

площадь межреберного пространства, м2;

средняя избыточная температура, oC;

избыточная температура, oC.

 

Избыточная температура:

Количество ребер:

Площадь ребер:

Площадь межреберного пространства:

Значение числа Прандтля Pr = 0,705.

 

Коэффициент объемного расширения:

 

Значение числа Грасгофа:

где g – ускорение свободного падения, g = 9,8 ;

 – кинематический коэффициент вязкости, .  

, следовательно

режим течения жидкости турбулентный.

Значение числа Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

 

Периметр ребра:

Коэффициент эффективности ребра:

 Средняя избыточная температура:

Тепловой поток, передаваемый от нагревателя к воздуху:

Построим график изменения температуры по высоте ребра:

Рисунок 2 - График зависимости температуры от высоты

Список использованных источников:

1. Приближённый расчёт процессов теплопроводности, Вейник А.И. – Типография Госэнергоиздата. Москва. - 183 с. с илл.

2. Задачник по теплопередаче: Учебное пособие для вузов. 4-е издание, перераб. – М.: Энергия, 1980.- 288 с., ил.

3. Физические особенности интенсификации теплообмена для сред с высокими числами Прандтля. М.А.Готовский , Ю.Г.Сухоруков, 2014,71 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78354. Химические свойства элементов 157.55 KB
  При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов с галогенами серой азотом фосфором углеродом и кремнием с образованием соответственно галогенидов сульфидов нитридов фосфидов карбидов и силицидов: При нагревании щелочные металлы способны реагировать с другими металлами образуя интерметаллиды. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов...
78355. Органические соединения. Простые и кратные связи в органических соединениях. Предельные и непредельные углеводороды 70.48 KB
  Изомерия органических соединений. Классификация органических соединений. Берцелиусу определить органическую химию как химию соединений углерода 1806 г. Именно это свойство позволяет углероду образовывать миллионы соединений изучению которых посвящена целая область органическая химия.
78356. Макроэкономическое регулирование национальной экономики 33.31 KB
  Государственная социальная политика. Это совокупность мероприятий в сфере налогообложения направленных на формирование доходной части государственного бюджета повышение эффективности функционирования всей национальной экономики обеспечение экономического роста занятости населения и стабильности денежного обращения Фискальная политика это система регулирования экономики посредством изменений государственных расходов и налогов. Фискальная политика может как благотворно так и достаточно болезненно воздействовать на стабильность...
78357. Экономический рост национальной экономики 63.55 KB
  Факторы экономического роста.Основы методологии расчетов темпов экономического роста. Показатели параметры экономического роста. Как известно темпы экономического роста определяют важнейшие характеристики хозяйствования такие как: динамика объемов производства в системе в целом отдельных ее отраслях и регионах; прогрессивные отраслевые сдвиги; скорость и степень совершенствования структуры национальной экономики; изменение величины и структуры потребления и накопления в стране; динамика уровня жизни населения страны в целом и...
78358. Конкурентоспособность национальной экономики 51.67 KB
  Понятие конкурентоспособности экономической деятельности.Оценка конкурентоспособности национальной экономики. Предпосылки конкурентоспособности национальной экономики ее отраслей и отдельных экономических агентов. Понятие конкурентоспособности экономической деятельности Что же понимать под конкурентоспособностью любого экономического агента.
78359. Региональные процессы в национальной экономике 31.27 KB
  Вместе с тем государство должно обеспечивать системные условия для устойчивого экономического развития страны благоприятной жизнедеятельности населения и рационального использования имеющегося ресурсного потенциала. Реализация вышеуказанных задач должна учитывать геоэкономические и геополитические факторы развития страны. Глобализация и усиление международной конкуренции требуют выработки эффективной стратегии позиционирования страны на мировых рынках. Настоящая Стратегия определяет стратегические направления территориального...
78360. Национальная экономическая деятельность и международные экономические отношения 39.82 KB
  Факторы влияющие на международные экономические позиции страны. Факторы влияющие на международные экономические позиции страны На международные экономические позиции нации оказывают влияние такие факторы как уровень развития национальной экономики структура национальной экономики ее экономическое могущество. Развитые и индустриальные страны занимают первое место в мировом импорте и экспорте. В то время как развитые страны импортируют главным образом сырьевые материалы и продукты питания а экспортируют в основном готовую продукцию...
78361. Регулирования внешнеэкономической деятельности 79.03 KB
  Основные направления регулирования внешнеэкономической деятельности. Механизмы и инструменты регулирования внешней торговли. Организационно-правовое обеспечение регулирования внешнеэкономической деятельности. Основные направления формы и методы государственного регулирования внешнеэкономической деятельности.
78362. Теневой оборот в национальной экономике 157.69 KB
  Современные экономические словари трактуют теневую экономику как «производство, распределение, обмен и потребление товарно-материальных ценностей, денег, услуг, которые не контролируются обществом и скрываются от органов государственного управления.