Практическая работа №2. Практическая работа 2 по дисциплине Основы гидравлики и термодинамики раздел Основы термодинамики
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
Практическая работа №2 по дисциплине «Основы гидравлики и термодинамики» раздел «Основы термодинамики» ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Целью данной практической работы является привитие студентам навыков практического применения таких основных разделов, как: Количество теплоты. Тепловой поток. Удельные тепловые потоки: поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового потока, объемная плотность тепловыделений. Виды теплообмена и их характеристики. Теплоотдача и теплопередача. Температурное поле. Изотермическая поверхность. Градиент температуры. Вариант выбираются по первой букве фамилии:
Работа состоит из 4 практических задач, которые рассмотрены ниже. Практическая работа 2.1 Определить линейную плотность теплового потока для трубки парового котла (λт = 40 Вт/(мК)), если внутренний диаметр паропровода dвн, мм, наружный — dнар, мм. Наружная сторона трубки омывается дымовыми газами с температурой tж1, оС, а внутри трубок движется вода с температурой tж2, оС. Снаружи трубка покрыта слоем сажи (λс = 0,07 Вт/(мК)) толщиной 1,5 мм, а с внутренней стороны — слоем накипи (λн = 0,15 Вт/(мК)) толщиной 2,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки α1, Вт/(м2К), а со стороны воды α2, Вт/(м2К). Определить также температуры на поверхностях трубки, сажи и накипи. Как изменится линейная плотность теплового потока для "чистой" трубки (без сажи и накипи) при прочих неизменных условиях. Изобразить график изменения температуры по толщине слоев стенки трубки, сажи и накипи и в пограничных слоях (график выполнить в масштабе). Исходные данные принять по табл. 1.1 в соответствии с Вашим вариантом задания. Таблица 2.1 – Исходные данные к зданию 2.1
Расположение слоев цилиндрической стенки показано на рис. 1.1. Результаты расчета необходимо занести в табл. 2.2.  Рис. 2.1 – Расчетная схема. Расположение слоев цилиндрической стенки Таблица 2.2 – Результаты расчетов
 - линейная плотность теплового потока "чистой" трубки (без сажи и накипи).Методические указания к решению задания № 2.1 Под теплопередачей понимают передачу теплоты от движущейся среды (жидкости) с большей температурой к движущейся среде (жидкости) с меньшей температурой через непроницаемую стенку любой формы. Таким образом, теплопередача включает в себя теплоотдачу от нагретой жидкости к стенке, теплопроводность внутри стенки, которая в общем случае может быть многослойной, и теплоотдачу от стенки к нагреваемой жидкости. Под термином "жидкость" понимают любую текучую среду: и капельные жидкости, и газы. В стационарном режиме теплопередачи тепловой поток через плоскую, цилиндрическую и сферическую стенки есть величина постоянная (Q = пост) и температурное поле не изменяется во времени, а зависит только от координаты. В этом случае при условии постоянства теплофизических свойств тела, температура в плоской стенке изменяется линейно, а в цилиндрической — по логарифмическому закону. Теплопередача через плоскую стенку Расчет теплопередачи через плоскую стенку удобно выполнять, используя поверхностную плотность теплового потока  (1)где Q – тепловой поток, Вт; F – площадь стенки, м2. В этом случае  (2)где  – перепад температуры на заданном участке теплообмена, К (оС), который может состоять из одного или нескольких смежных элементарных участков теплообмена: теплоотдачи и теплопроводности, а  – термическое сопротивление теплообмена этого участка или совокупности смежных участков, (м2К)/Вт.Термическое сопротивление теплоотдачи рассчитывается по формуле  (3)где  – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К), а формула для расчета термического сопротивления теплопроводности через i-й слой плоской стенки имеет вид (4)где  – толщина i-го слоя, м;  – коэффициент теплопроводности i-го слоя многослойной стенки, Вт/(мК).Термическое сопротивление теплопередачи есть сумма термических сопротивлений всех элементарных участков теплообмена. Рекомендуемая последовательность решения: а) определяют термические сопротивления всех элементарных участков; б) по двум заданным температурам в системе теплообмена находят плотность теплового потока по формуле (2); в) по найденному значению q и одной из известных температур рассчитывают остальные неизвестные температуры слоев и жидкостей. Теплопередача через цилиндрическую стенку Для расчета теплопередачи через стенку цилиндрической формы используют удельный тепловой поток, который называется линейной плотностью теплового потока  (5)где Q – тепловой поток, Вт; l – длина цилиндрической стенки, м. Тогда  (6)где – перепад температуры на заданном участке теплообмена, К (оС), который может состоять из ряда элементарных участков теплообмена: теплоотдачи и теплопроводности, а  – линейное термическое сопротивление теплообмена этого участка, (мК)/Вт.Линейное термическое сопротивление теплоотдачи рассчитывается по формуле  (7)где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К), а d – диаметр омываемой поверхности цилиндрической стенки, м.Линейное термическое сопротивление теплопроводности i-го слоя цилиндрической стенки определяется по формуле  (8)в которой – коэффициент теплопроводности i-го слоя цилиндрической стенки, Вт/(мК); di и di+1 – внутренний и наружный диаметры i-го слоя цилиндрической стенки, м.Рекомендуемый порядок решения практической работы 2.1 о теплопередаче через цилиндрическую стенку полностью совпадает с рассмотренным выше для плоской стенки. При решении практической работы 2.1 обратите внимание, что в данном случае тепловой поток направлен от дымовых газов к воде, движущейся внутри трубки. Практическая работа 2.2 Определить температуру в центре и на поверхности пластины толщиной  через время  после погружения в горячую среду (масло или газ) либо время нагрева до заданной температуры в центре или на поверхности пластины (согласно своего варианта), если толщина пластины во много раз меньше ее ширины и длины. Найти также среднюю по массе температуру пластины.Исходные данные принять по табл. 2.3 в соответствии с Вашим вариантом задания Таблица 2.3 – Исходные данные для практической работы 2.2
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, Вт/м
, Вт/(мК)
, кг/м3