Термодинамика. Теоретические основы теплотехники для студентов специальности Промышленная теплоэнергетика Москва 2012 2 введение целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний раздела Тепломассообмен
 Скачать 276.19 Kb.
|
|
Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Кафедра Теплоэнергетика железнодорожного транспорта Б.Н. Минаев, Л.А. Воронова Раздел ТЕПЛОМ АСС О ОБМЕН ТЕМЫ ЗАДАНИЙ на курсовую работу по дисциплине Теоретические основы теплотехники для студентов специальности Промышленная теплоэнергетика Москва – 2012 - 2 - ВВЕДЕНИЕ Целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний раздела «Тепломассообмен» дисциплины Теоретические основы теплотехники студентами специальности Промышленная теплоэнергетика получение практических навыков расчета тепло-и массообменных процессов в теплоиспользующих установках промышленности и железнодорожного транспорта. Курсовая работа должна быть оформлена в виде пояснительной записки и содержать - теоретическую часть по теме курсового задания, основанную на сведениях, найденных в рекомендованных литературных источниках - расчетную схему, представленную на рисунке, с указанием необходимых параметров процесса теплообмена и геометрических размеров элемента (участка программу расчета процесса на ЭВМ (необязательно, а также результаты этого расчета (обязательно - графики изменения искомых параметров в функции переменных значений определяющих величин и выводы по результатам расчета - перечень литературных источников, которые были использованы для выполнения курсовой работы. Тема 1. Одномерная стационарная теплопроводность в цилиндрической стенке при наличии внутренних источников теплоты Задание По металлической трубке с внутренним диаметром а, толщиной δ и удельным сопротивлением ρ эл проходит электрический ток величиной I. При прохождении по трубке электрического тока выделяется теплота q v , Вт/м 3 . Соответствующие поверхности трубки охлаждаются воздухом, который движется со скоростью w и имеет температуру t в о Исследовать распределение температуры по толщине цилиндрической стенки в зависимости от мощности внутреннего источника теплоты q v , Вт/м 3 , и условий конвективного теплообмена между поверхностями стенки и потолком движущегося воздуха. Определить величину теплового потока q, Вт/м 2 , на поверхности теплоотдачи цилиндрической стенки. Таблица 1 Исходные данные для выполнения задания по теме 1 Условия конвективного теплообмена Варианты d·10 3 , мм ρ эл , Ом·мм 2 /м I, А w, мс во, о С Теплота отводится только через наружную поверхность 1 10 10 0,7 1500; 2000; 2500 5; 10; 15 +30; –30 2 15 20 3 20 30 Теплота отводится только через 1 10 10 1,0 1000; 1500; 2000 5; 10; 15 +30; –30 2 15 20 - 3 - внутреннюю поверхность трубки 3 20 30 Теплота отводится через внутреннюю и наружную поверхности трубки 1 10 10 0,9 2500; 3000; 3500 5; 10; 15 внутри и снаружи трубки) +30; –30 температура набегающего воздуха и на входе в канал) 2 15 20 3 20 30 Тема 2. Нестационарные процессы теплопроводности Задание Исследовать процесс охлаждения длинного цилиндра диаметром о = 2r о Определить распределение температуры по толщине цилиндра стечением времени τ в зависимости от интенсивности теплообмена между поверхностью цилиндра и охлаждающим его воздухом с температурой t вз . Определить также количество теплоты Q, Дж, которое было отдано цилиндром воздуху из условия, что цилиндр охлаждается от начальной температуры t цн до температуры t цк = 50 о С. Предполагается при этом, что коэффициент теплоотдачи α во всех точках поверхности цилиндра одинаков и остается постоянным на протяжении всего периода охлаждения воздухом, набегающим на цилиндр со скоростью w. Таблица 2 Исходные данные для выполнения задания по теме 2 Варианты ом t цн , о С t цк , о С Теплофизические свойства материала цилиндра w, мс ρ, кг/м 3 λ, Вт/(м·К) с, кДж/(кг·К) 1 100 300 20 1800 0,77 0,879 10; 15; 20 2 110 350 10; 14; 18 3 120 400 11; 18; 24 4 130 450 12; 18; 25 5 140 500 10; 18; 26 6 150 550 8; 14; 20 7 160 600 9; 16; 25 8 170 650 12; 19; 27 Тема 3. Передача теплоты через оребренную поверхность плоской стенки Задание Имеем вертикальной плоской стенки высотой 0,8 ми шириной 1 м. По ширине стенки размещено 50 ребер толщиной δ и высотой l из материала с теплопроводностью λ. Температура поверхности стенки у основания ребра с , о С постоянна. Скорость движения воздуха в межреберном пространстве w , мс. Предполагается, что средние значения коэффициентов теплоотдачи вдоль ребра р и неоребренной поверхности с одинаковы р = си определяются соотношениями для конвективного теплообмена при движении воздуха вдоль плоской стенки. Определить - 4 - - коэффициент эффективности ребра Е для различных сочетаний высоты ребра l, коэффициента теплопроводности материала λ и скорости движения воздуха в межреберном пространстве w; - построить графики зависимости Е от высоты ребра, коэффициента теплопроводности (а это материал ребра и стенки) и скорости воздуха (а это величина α); - по результатам вычисления Е описать параметры наиболее эффективного ребра (с мах величиной Е - только для наиболее эффективного ребра рассчитать изменение температуры по высоте ребра и построить соответствующий график, определить тепловой поток р, Вт, передаваемый этим ребром воздуху - отвод теплоты к воздуху всей поверхностью оребренной стенки Qрс и поверхностью неоребренной стенки с, сравнить потоки теплоты между собой. Таблица 3 Исходные данные для выполнения задания по теме 3 Варианты Длина ребрам Высота ребрам Толщина ребрам Материал ребра и стенки Температура, о С Скорость движения воздуха в межреберном пространстве w , мс Воздуха во С Поверхности у основания ребра с , о С 1 0,8 0,01; 0,02; 0,03 1,0 Сталь, латунь, медь 20 80 10; 15; 20 2 0,015; 0,025; 0,035 1,5 90 12; 14;18 3 0,01; 0,015; 0,02 2,0 100 9; 13; 19 4 0,02; 0,025; 0,03 2,5 110 10; 16; 21 5 0,015; 0,03; 0,035 3,0 115 8; 14; 20 6 0,02; 0,03; 0,04 3,5 120 9; 17; 22 Тема 4. Конвективный теплообмен при течении однофазной среды в канале с поперечным сечением круглой формы (в трубе) Задание Внутри трубы длиной l = 1 ми диаметром d = 0,03 м со скоростью движется среда вода или воздух. Средние температуры стенки канала и среды на участке трубы длиной l обозначены через и ; относительная длина начального участка задана в виде отношениях, где х – текущее значении продольной координаты. Исследовать влияние различных факторов на величину коэффициентов теплоотдачи и коэффициентов гидравлического сопротивления , а именно теплофизических свойств среды скорости ее движения особенностей теплоотдачи внутри начальных гидродинамического и теплового участков изменения направления теплового потока.(имеем 5 влияющих факторов- см. цвет. - 5 - Таблица 4 Исходные данные для выполнения задания по теме 4 Варианты Значения переменных факторов и параметров Температура Свойства Скорость движения среды Относительная длина участка канала Направление потока теплоты Среда W, мс , о С , о С Среда W, мс , о С , о С Среда W, мс , о С , о С Среда W, мс хо Со ССреда W, мс , о С , о С 1 Воздух 10 50 80 130 150 Воздух, вода 10 100 130 Воздух 10 15 20 100 130 Воздух 10 0,05 0,1 0,4 0,6 0,9 100 130 Вода 1,0 50 150 150 50 2 Вода 1,0 50 70 90 120 Воздух, вода 10 90 120 Вода 1,0 1,5 2,0 90 120 Вода 1,0 0,05 0,1 0,4 0,6 0,9 90 120 Вода 1,0 60 130 130 60 3 Воздух 15 70 90 130 150 Воздух, вода 10 70 110 Воздух 10 12 15 70 110 Воздух 15 0,05 0,1 0,4 0,6 0,9 70 110 Вода 1,5 70 140 140 70 4 Вода 1,5 60 80 120 140 Воздух, вода 10 80 100 Вода 1,0 1,2 1,5 80 100 Вода 1,5 0,05 0,1 0,4 0,6 0,9 80 100 Вода 1,5 80 120 120 80 5 Воздух 20 50 90 140 150 Воздух, вода 10 60 110 Воздух 10 15 20 60 110 Воздух 20 0,05 0,1 0,4 0,6 0,9 60 110 Вода 2,0 90 130 130 90 - 6 - Тема 5. Теплоотдача при кипении жидкости Задание На вертикальной поверхности, находящейся в большом объеме насыщенной жидкости, кипит вода при атмосферном давлении Рбар=10 5 Па = 1 бар. Определить значения коэффициентов теплоотдачи в области пузырькового кипения воды при различных плотностях тепловых потоков q сна поверхности теплообмена рассчитать значение первой критической плотности теплового потока q кр построить график зависимости коэффициента теплоотдачи при кипении воды кип от температурного напора Δt = t с – t н (включая значение кр. Определить также значения коэффициентов теплоотдачи при движении насыщенной жидкости (воды при давлении 2 МПа) в трубе диаметром d = 0,05 м для различных скоростей циркуляции w ц и тепловых потоках на поверхности теплоотдачи q с Таблица 5 Исходные данные для выполнения задания по теме 5 Вариант с, Вт/м 2 w ц, мс 1 1,0·10 5 6,0·10 4 4,0·10 3 10; 15; 20 2 8,0·10 5 9,0·10 4 3,0·10 3 11; 13; 18 3 3,0·10 5 2,0·10 4 5,0·10 3 12; 14; 19 4 5,0·10 5 4,0·10 4 5,0·10 3 13; 16; 20 5 7,0·10 5 6,0·10 4 6,0·10 3 14; 16; 18 Тема 6. Теплоотдача при конденсации пара Задание На вертикальной поверхности высотой h конденсируется сухой насыщенный пар при давлении р и температуре поверхности с . Рассчитать длину участка с ламинарным течением пленки конденсата рассчитать и построить графики изменения толщины пленки δ в ламинарной части ее течения определить средние значения коэффициентов теплоотдачи ( и ) и тепловых потоков в области ламинарного и турбулентного течения пленки конденсата, а также средние значения коэффициентов теплоотдачи для всей поверхности высоток h. При тех же значениях рис рассчитать средние значения коэффициентов теплоотдачи при пленочной конденсации пара, движущегося со скоростью w на поверхности одиночной трубы диаметром d; построить графики изменения коэффициентов теплоотдачи от скорости движения пара w. - 7 - Таблица 6 Исходные данные для выполнения задания по теме 6 Вариант h, мм р, МПа со С, мс 1 1,5 / 0,03 2,0; 3,0 70 90 100 5 10 15 2 1,2 / 0,02 1,5; 2,5 50 60 90 7 12 16 3 1,3 / 0,04 1,0; 2,0 30 40 80 9 14 18 4 1,4 / 0,05 0,5; 1,0 40 50 70 10 15 20 Литература 1. Минаев Б.Н., Мокриденко Г.П., Левенталь ЛЯ. Теплоэнергетика железнодорожного транспорта Справочно-методическое пособие / Под общей ред. Б.Н. Минаева. – М МИИТ, 2006. – 345 с. 2. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. – е изд, стереот. – М Издательский дом МЭИ, 2006. – 550 сил. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел АС. Теплопередача Учебник для вузов. – 3- е изд, перераб. и доп. – М Энергия, 1975. – 488 с. |