Коновалова Л.С., Загромов Ю.А. Теоретические основы теплотехники. Примеры и задачи. Учеб. пособие
Подождите немного. Документ загружается.
5. Приведите примеры определяемых и определяющих чисел подобия.
Дайте понятие определяющей температуры и определяющего размера в
уравнениях подобия.
6. Приведите уравнение подобия для расчета среднего коэффициента
теплоотдачи при вынужденном турбулентном течении жидкости в трубе.
Проанализируйте зависимость коэффициента теплоотдачи от диаметра трубы
(d), вязкости (v), скорости (w), теплопроводности (), теплоемкости (с) и
плотности () жидкости.
7. Что характеризует коэффициент
25,0
Pr
Pr
c
ж
t
? Рассчитайте
коэффициент
t
для следующих случаев:
а) нагрев воды с температурой t
ж
=60
о
С у поверхности с температурой
t
с
=80
о
С;
б) охлаждение воды с температурой t
ж
=80
о
С у поверхности с
температурой t
с
=60
о
С;
в) нагрев и охлаждение воздуха при тех же условиях.
Сделайте выводы. Таблицы теплофизических свойств воды и воздуха
имеются в учебнике [4] на с. 402-403.
8. Ниже перечислены величины, влияющие на коэффициенты
теплоотдачи: [Вт/м К],
[м], =t
c
-t
ж
[
o
C], g[м/с
2
], [1/К], v[м
2
/с], а[м
2
/c],
с[Дж/кгК], [кг/м
3
], w[м/с].
Укажите величины, влияющие на теплоотдачу при естественной
конвекции.
9. Ниже перечислены величины, влияющие на коэффициенты
теплоотдачи: [Вт/мК],
[м], =t
c
-t
ж
[
o
C], g[м/с
2
], [1/К], v[м
2
/с], а[м
2
/c],
с[Дж/кгК], [кг/м
3
], w[м/с].
Укажите величины, влияющие на теплоотдачу при омывании
поверхности вынужденным продольным потоком жидкости.
10. Ниже перечислены величины, влияющие на коэффициент
теплоотдачи: [Вт/мК],
[м], d[м], =t
c
-t
ж
[
o
C], g[м/с
2
], [1/к], v[м
2
/с],
а[м
2
/c], с[Дж/кгК], [кг/м
3
], w[м/с].
Укажите величины, влияющие на теплоотдачу при вынужденном
турбулентном течении жидкости в трубах.
11. Какие режимы могут иметь место при вынужденном течении
жидкости в трубах? Как определить режим течения?
12. Какие режимы течения в пограничном слое могут иметь место при
естественной конвекции жидкости около вертикальной поверхности в
большом объеме? Как определить режим течения?
13. Укажите величины, характеризующие теплофизические свойства
жидкостей, которые влияют на коэффициент теплоотдачи при пузырьковом
кипении жидкости в условиях естественной конвекции. Приведите их
размерность.
101
14. Укажите величины, характеризующие теплофизические свойства
пара или пленки конденсата, которые влияют на коэффициент теплоотдачи
при пленочной конденсации неподвижного пара на вертикальной
поверхности. Приведите их размерность.
15. Приведите кривую кипения при паровом обогреве и дайте
характеристику ее отдельных участков.
16. Приведите кривую кипения при электрическом обогреве. При каком
условии возможен пережог поверхности нагрева в теплообменниках с
кипением?
17. Перечислите микро- и макрохарактеристики, влияющие на
интенсивность пузырькового кипения жидкости. Как зависит коэффициент
теплоотдачи от этих характеристик?
18. Как влияет скорость вынужденного течения жидкости в
испарительных трубах теплообменников на процесс кипения?
19.При каких условиях наблюдается
а) пленочная конденсация пара;
б) капельная конденсация пара?
Сравните их по коэффициенту теплоотдачи. Какой тип конденсации
имеет место в промышленных конденсаторах?
20. Укажите особенности расчета коэффициента теплоотдачи при
пленочной конденсации перегретого или мокрого пара по сравнению с
конденсацией сухого насыщенного пара.
21. Как влияет на коэффициент теплоотдачи при конденсации пара
а) состояние поверхности (гладкая, шероховатая);
б) содержание воздуха в паре?
22. Ниже записаны два уравнения теплового баланса:
а) G ∙ r = α (t
s
- t
c
) F;
б) G ∙ r = α (t
c
- t
s
) F.
Для каких процессов записаны уравнения? Поясните их смысл. Укажите
размерность всех величин.
23. Для процесса пленочной конденсации неподвижного сухого
насыщенного пара на горизонтальной трубе проанализируйте:
а) зависимость коэффициента теплоотдачи от разности температур (t
s
-t
c
);
б) зависимость теплового потока (q, Вт/м
2
) от разности температур (t
s
-t
c
).
Сделайте выводы.
24. Какие режимы течения стекающей пленки конденсата могут иметь
место при пленочной конденсации неподвижного сухого насыщенного пара
на вертикальной поверхности? Как определить режим течения и какими
уравнениями воспользоваться для расчета среднего коэффициента теплоотдачи?
25. Дайте понятие степени черноты твердого тела. Как рассчитать поток
собственного излучения тела с известной температурой Т и площадью
излучающей поверхности F?
102
26. Известно, что уменьшить передачу тепла излучением между телами
можно, если поставить между ними экран.
Как влияет расстояние от излучающей поверхности до экрана на
лучистый поток для системы тел:
а) две параллельные плоские поверхности;
б) труба в цилиндрическом кожухе?
27. Назовите, какой имеет спектр излучения (сплошной или дискретный)
и от каких факторов зависит излучательная способность:
а) твердых тел;
б) излучающих газов.
28. Приведите уравнение для расчета теплообмена излучением между
двумя телами, произвольно расположенными в пространстве. Дайте понятие
угловых коэффициентов
1,22,1
,
. В каких пределах изменяются угловые
коэффициенты и от чего они зависят?
29. Дайте понятие коэффициентов поглощения, отражения и
пропускания. Назовите пределы их изменения. Запишите связь между ними.
30. Какие газы излучают и поглощают лучистую энергию? Как
определяется степень черноты излучающих газов?
31. Запишите связи между потоками излучения:
а) падающим, поглощенным, отраженным, пропущенным;
б) эффективным, собственным, отраженным;
в) результирующим, собственным, поглощенным;
г) результирующим, падающим, эффективным.
32. Как рассчитывается длина пути луча для замкнутых объемов
излучающего газа и как она используется в расчетах теплообмена
излучением между газом и оболочкой?
33. Дайте понятие для излучающего газа:
а) степени черноты
Г
;
б) предельной степени черноты
Г
.
Как определяются
Г
и
Г
?
34. Сравните излучательную способность углекислого газа (СО
2
) и
водяных паров (Н
2
О). Сделайте выводы.
35. Дайте формулировку и математическую запись закона Стефана –
Больцмана. Приведите формулы для расчета собственного излучения
а) твердых тел;
б) излучающих газов.
36. Какой закон теплового излучения устанавливает равенство между
степенью черноты тела (ε) и коэффициентом поглощения (А)? Приведите
доказательство равенства ε=А.
37. Запишите уравнение теплового баланса для расчета
теплообменников. Дайте понятие расходных теплоемкостей теплоносителей.
103
Какова связь между расходными теплоемкостями и изменением температур
теплоносителей?
38. Чему равны расходные теплоемкости теплоносителей для
испарителя, в котором происходит испарение холодного теплоносителя за
счет тепла конденсации горячего теплоносителя? Приведите график
изменения температур вдоль поверхности нагрева такого испарителя.
39. Какова цель конструкторского расчета теплообменника? Как
рассчитывается коэффициент теплопередачи?
40. Какова роль поверочного расчета теплообменников? Приведите
уравнения для расчета конечных температур теплоносителей t
1
΄΄, t
2
΄΄.
41. Сравните по эффективности теплообмена схемы движения
теплоносителей: прямоток и противоток. В каких случаях прямоток и
противоток равнозначны? Приведите примеры таких теплообменников.
42. Перечислите виды теплообменников. К каким видам можно отнести:
конденсатор, паровой котел, градирню, подогреватель питательной воды
поверхностного типа, электрокотел, ядерный реактор?
43. Приведите графики изменения температуры теплоносителей для
следующих соотношений между расходными теплоносителями:
а) с
1
>с
2
; б) с
1
>>с
2
; с
1
→ .
44. Приведите графики изменения температуры теплоносителей для
следующих соотношений между расходными теплоносителями:
а) с
2
>с
1
; б) с
2
>>с
1
; с
2
→ .
45. Запишите уравнение теплового баланса теплообменника с учетом
потерь тепла в окружающую среду.
46. Как вычислить средний температурный напор для прямотока,
противотока, перекрестного тока? Приведите примеры теплообменников с
указанными схемами движения теплоносителей.
47. В каком случае среднелогарифмический температурный напор
можно заменить среднеарифметическим? Приведите график изменения
температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и поясните
ответы, используя график.
48. Какие теплообменники называются рекуперативными? Приведите
примеры таких теплообменников.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблицы термодинамических свойств газов [2]
Таблица 1
Воздух
104
t,
0
C c
p
c
v
h u s
0
кДж/кмоль К кДж/кг кДж/кгК
-50
0
50
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900
1000
29,026
29,050
29,123
29,255
29,442
29, 677
29, 952
30,260
30,933
31,630
32,301
32,912
33,449
33,914
34,318
20,712
20,736
20,809
20,941
21,128
21,363
21,638
21,946
22,619
23,316
23,987
24,598
25,135
25,600
26,004
223,19
273,32
323,53
373,92
424,58
475,61
527,08
579,05
684,68
792,70
903,09
1015,70
1130,30
1246,62
1364,44
159,12
194,90
230,75
266,79
303,09
339,77
376,88
414,50
491,42
570,73
652,41
736,31
822,20
909,81
998,92
6,4076
6,6103
6,7791
6,9241
7,0515
7,1655
7,2689
7,3637
7,5336
7,6831
7,8174
7,9395
8,0516
8,1552
8,2515
Таблица 2
Азот
-50
0
50
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900
1000
29,103
29,103
29,124
29,189
29,304
29,473
29,692
29,953
30,570
31,250
31,928
32,559
33,123
33,617
34,051
20,789
20,789
20,810
20,875
20,990
21,159
21,378
21,639
22,256
22,936
23,614
24,245
24,809
25,303
25,737
231,36
283,31
335,26
387,30
439,49
491,94
544,73
597,96
705,95
816,29
929,06
1044,18
1161,43
1280,57
1401,37
165,13
202,23
239,35
276,55
313,90
351,51
389,46
427,84
506,16
586,81
669,91
755,35
842,92
932,38
1023,49
6,5350
6,745
6,9197
7,0694
7,2007
7,3178
7,4239
7,5210
7,6947
7,8474
7,9846
8,1094
8,2241
8,3302
8,4290
Таблица 3
Углекислый газ
t,
0
C c
p
c
v
h u s
0
кДж/кмоль К кДж/кг кДж/кгК
-50
0
50
33,470
35,989
38,246
25,156
27,675
29,932
152,61
192,09
234,28
110,45
140,48
173,23
4,6222
4,7817
4,9234
105
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900
1000
40,278
42,113
43,776
45,285
46,657
49,042
51,022
52,667
54,040
55,205
56,181
57,028
31,964
33,799
35,462
36,971
38,343
40,728
42,708
44,353
45,726
46,891
47,867
48,714
278,91
325,73
374,53
425,14
477,38
586,19
699,95
817,81
939,09
1063,23
1189,80
1318,44
208,41
245,78
285,14
326,30
369,10
459,02
553,88
652,85
755,23
860,49
968,16
1077,91
5,0517
5,1694
5,2784
5,3801
5,4754
5,6503
5,8078
5,9511
6,0826
6,2040
6,3167
6,4219
Таблица 4
Физические свойства масла МС – 20 [5]
t,
0
C
кг/м
3
с
р
кДж/кгК
Вт/мК
10
4
Пас
v10
6
м
2
/с
а10
8
м
2
/с
10
4
К
-1
Pr
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
990,3
903,6
897,9
892,3
886,6
881,0
875,3
869,6
864,0
858,3
852,7
847,0
841,3
835,7
830,0
824,4
818,7
1,951
1,980
2,010
2,043
2,072
2,106
2,135
2,165
2,198
2,227
2,261
2,290
2,320
2,353
2,382
2,420
2,445
0,136
0,135
0,135
0,134
0,132
0,131
0,130
0,129
0,128
0,127
0,126
0,126
0,124
0,123
0,122
0,121
0,120
-
-
-
10026
4670
2433
1334
798,5
498,3
336,5
234,4
171,7
132,4
101,0
79,76
61,80
53,17
-
-
-
1125
526
276
153
91,9
58,4
39,2
27,5
20,3
15,7
12,1
9,61
7,50
6,50
7,75
7,58
7,44
7,30
7,19
7,08
7,00
6,86
6,75
6,67
6,56
6,44
6,36
6,25
6,17
6,08
6,00
6,24
6,27
6,31
6,35
6,38
6,42
6,46
6,51
6,55
6,60
6,64
6,69
6,73
6,77
6,82
6,87
6,92
-
-
-
15400
7310
3890
2180
1340
865
588
420
315
247
193
156
123
108
Таблица 5
Физические свойства масла МК [5]
t,
0
C
кг/м
3
с
р
кДж/кгК
Вт/мК
10
4
Пас
v10
6
м
2
/с
а10
8
м
2
/с
10
4
К
-1
Pr
10
20
30
911,0
903,0
894,5
1,645
1,712
1,758
0,1510
0,1485
0,1461
35414
18560
6180
3883
1514
691,2
9,94
9,58
9,28
8,56
8,64
8,71
39000
15800
7450
106
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
887,5
879,0
871,5
864,0
856,0
848,2
840,7
838,0
825,0
817,0
809,2
801,6
1,804
1,851
1,897
1,943
1,989
2,035
2,081
2,127
2,173
2,219
2,265
2,311
0,1437
1,1413
0,1389
0,1363
0,1340
0,1314
0,1290
0,1264
0,1240
0,1214
0,1188
0,1168
3031
1638
961,4
603,3
399,3
273,7
202,1
145,2
110,4
87,31
70,34
56,90
342,0
186,2
110,6
69,3
46,6
32,3
24,0
17,4
13,4
10,7
8,70
7,10
8,97
8,69
8,39
8,14
7,89
7,61
7,33
7,11
6,92
6,69
6,53
6,25
8,79
8,86
8,95
9,03
9,12
9,20
9,28
9,37
9,46
9,54
9,65
9,73
3810
2140
1320
858
591
424
327
245
193,5
160
133,3
113,5
Таблица 6
Физические свойства воды на линии насыщения [3]
t
0
C
р
бар
кг/м
3
h
кДж
кг
C
p
кДж
кгК
,
Вт
м К
а10
8
м
2
/с
10
6
Пас
v10
6
м
2
/с
10
4
К
-1
10
4
Н/м
Pr
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
0,0123
0,0234
0,0424
0,0737
0,123
0,199
0,312
0,474
0,701
1,013
1,433
1,985
2,701
3,614
4,760
6,180
7,920
10,03
12,55
15,55
999,7
998,3
995,8
992,3
988,0
983,2
977,7
971,6
965,2
958,1
950,7
942,7
934,6
925,8
916,8
907,3
897,3
886,9
876,0
864,7
41,99
83,86
125,66
167,45
209,26
251,09
292,97
334,92
376,94
419,06
461,3
503,7
546,3
589,1
632,2
675,5
719,1
763,1
807,5
852,4
4,193
4,182
4,179
4,179
4,181
4,185
4,190
4,197
4,205
4,216
4,229
4,245
4,263
4,285
4,310
4,339
4,371
4,408
4,449
4,497
0,586
0,602
0,617
0,630
0,643
0,653
0,662
0,669
0,675
0,680
0,683
0,685
0,687
0,687
0,686
0,684
0,681
0,676
0,671
0,664
14
14,4
14,8
15,2
15,6
15,9
16,2
16,4
16,6
16,8
17,0
17,1
17,2
17,3
17,4
17,4
17,4
17,3
17,2
17,1
1299,2
1001,5
797,0
651,3
544,0
463,0
400,5
351,0
311,3
279,0
252,2
230,0
211,0
195,0
181,0
169,0
158,5
149,3
141,2
133,8
1,300
1,003
0,800
0,656
0,551
0,471
0,410
0,361
0,322
0,291
0,265
0,244
0,226
0,211
0,197
0,186
0,177
0,168
0,161
0,155
0,70
1,82
3,21
3,87
4,49
5,11
5,70
6,32
6,95
7,52
8,08
8,64
9,19
9,72
10,3
10,7
11,3
11,9
12,6
13,3
744
729
712
695
678
661
644
627
609
590
570
550
529
508
487
466
444
422
400
378
9,3
6,96
5,40
4,32
3,54
2,97
2,54
2,20
1,94
1,73
1,56
1,43
1,31
1,22
1,14
1,07
1,02
0,97
0,94
0,91
Таблица 7
Физические свойства водяного пара на линии насыщения [3]
t,
0
C
р
бар
кг/м
3
h
кДж
кг
r
кДж
кг
с
р
кДж
кгК
10
2
Вт
мК
а10
6
м
2
/с
10
6
Пас
v10
6
м
2
/с Pr
10
20
30
0,0123
0,0234
0,0424
0,00934
0,0173
0,0304
2519,4
2537,7
2555,9
2477,4
2453,8
2430,2
1,868
1,874
1,883
1,82
1,88
1,94
1043
579,9
338,9
8,45
8,85
9,26
904,7
511,6
304,6
0,87
0,88
0,90
107
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
0,0737
0,123
0,199
0,312
0,474
0,701
1,013
1,433
1,985
2,701
3,614
4,760
6,180
7,920
10,03
12,55
15,55
0,0512
0,0830
0,130
0,198
0,293
0,423
0,598
0,826
1,121
1,496
1,966
2,547
3,259
4,122
5,160
6,398
7,865
2574,0
2591,8
2609,5
2626,8
2643,8
2660,3
2676,3
2691,8
2706,6
2720,7
2734,0
2746,3
2757,7
2768,0
2777,1
2784,9
2791,4
2406,5
2382,5
2358,4
2333,8
2643,8
2660,3
2257,2
2230,5
2202,9
2174,4
2144,9
2114,1
2082,2
2048,9
2014,0
1977,4
1939,0
1,894
1,907
1,924
1,944
1,969
1,999
2,034
2,075
2,124
2,180
2,245
2,320
2,406
2,504
2,615
2,741
2,883
2,01
2,09
2,16
2,23
2,31
2,39
2,48
2,58
2,67
2,78
2,88
3,00
3,13
3,26
3,41
3,57
3,75
207,3
132,0
86,36
57,94
40,04
28,26
20,39
15,05
11,21
8,524
6,525
5,077
3,992
3,158
2,527
2,036
1,654
9,66
10,0
10,5
10,9
11,3
11,7
12,1
12,4
12,8
13,2
13,5
13,9
14,2
14,6
14,9
15,3
15,6
188,7
120,5
80,77
55,05
38,57
27,66
20,23
15,01
11,42
8,82
6,87
5,46
4,36
3,54
2,89
2,39
1,98
0,91
0,92
0,94
0,95
0,96
0,98
0,99
1,00
1,02
1,04
1,05
1,08
1,09
1,12
1,14
1,17
1,20
Таблица 8
Термодинамические свойства фреона - 12
в состоянии насыщения
t р υ υ h h s s
o
C бар м
3
/кг м
3
/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кгК кДж/кгК
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
1,5099
1,8263
2,1911
2,6088
3,0858
3,6246
4,2302
4,4509
5,6671
6,5082
0,000687
0,000694
0,000702
0,000709
0,000717
0,000726
0,000734
0,000743
0,000752
0,000763
0,1107
0,0927
0,0781
0,0663
0,0567
0,0486
0,0420
0,0364
0,0309
0,0277
400,49
404,97
409,49
414,05
418,70
423,39
428,16
433,02
437,92
442,86
564,03
566,46
568,89
571,23
573,58
575,88
578,14
580,36
582,49
584,13
4,11854
4,13583
4,15300
4,17004
4,18700
4,20380
4,22062
4,23729
4,25391
4,27045
4,76472
4,76158
4,75882
4,75634
4,75417
4,75212
4,75036
4,74864
4,74714
4,74571
108
109
0
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
г
500 1000 1500 t,
0
C
Рис.
П-1
Рис. П.1. Предельная степень черноты газовой
смеси Н
2
О и СО
2
ЛИТЕРАТУРА
1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техничская
термодинамика. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
2. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов. – М.: Энергоиздат,
1987.
3. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы
теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Издательство
стандартов, 1969.
4. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.:
Энергоиздат, 1981.
5. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М.::
Энергия, 1980.
6. Сборник задач по технической термодинамике /Т.Н. Андрианова и др.
– М.: Энергоиздат, 1981.
7. Теоретические основы теплотехники. Рабочая программа,
методические указания и контрольные задания для студентов
специальностей 100700 и 100500 института дистанционного образования. –
Томск: Изд. ТПУ, 2001.
110