МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
            ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
                     КАФЕДРА «ТЕПЛОТЕХНИКА И ГИДРАВЛИКА»
                            СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА №2
                               «ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
                                       Выполнил:               студент
группы АТ-312
Литвинов Александр Владимирович
                                       Проверил:                Галимов
Марат Мавлютович
                               ВОЛГОГРАД 2003
Задание:
    В теплообменном аппарате вертикальная плоская стенка толщиной  ?  =  5,5
мм, длиной    l = 1,45 м   и высотой h  =  0,95  м   выполнена  из  стали  с
коэффициентом теплопроводности    ?с = 50 Вт/(мК) (рис. 1). С одной  стороны
она омывается продольным вынужденным  потоком  горячей  жидкости  (воды)  со
скоростью w = 0,525 м/с и температурой tж1 = 80  єС  (вдали  от  стенки),  с
другой стороны –  свободным  потоком  атмосферного  воздуха  с  температурой
 tж2 =10 єС.
      ?c
     tж1                         tж2
                                    q
                                  h
                                ?
 l
Требуется:
    1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов  занести
в таблицу. Лучистым теплообменом  пренебречь  из-за  малых  значений  [pic]и
[pic].
    2.   Провести   расчетное    исследование    вариантов    интенсификации
теплопередачи при неизменной разности температур между  горячим  и  холодным
теплоносителями.
         2.1. Определить коэффициент теплопередачи при:
         а) увеличении в 5, 10, 15 раз коэффициентов теплопередачи ?1, ?2  и
     поверхности стенки F как со стороны горячей жидкости ([pic]), так и со
     стороны воздуха ([pic]) .
         б) замене стальной стенки на латунную ([pic]) , алюминиевую ([pic])
     и медную  ([pic])  с  коэффициентами  теплопроводности  соответственно
     [pic], [pic], [pic].
           Результаты расчетов занести в таблицу.
         2.2. Определить степень увеличения коэффициента  теплопередачи  при
     изменениии каждого из варьируемых факторов ?i по формуле:  [pic],  где
     K,  Ki  –  коэффициенты  теплопередачи  до  и   после   интенсификации
     теплопередачи.
         Результаты расчетов свести в таблицу.
         2.3. Обозначив степень  изменения  варьируемых  факторов  через  z,
     построить в масштабе (на одном рисунке) графики: [pic], [pic],  [pic],
     [pic], [pic].
         2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы
     о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.
Решение:
   1.  Для  нахождения  коэффициентов  теплоотдачи  ?  необходимо   выбрать
      уравнения подобия и найти числа подобия.
При  вынужденном  обтекании  плоской  поверхности  может  быть  использовано
следующее уравнение подобия:
[pic];
Для воды при температуре 80єС характерны следующие параметры:
[pic]; [pic]; [pic];
[pic];
[pic]=> с = 0,037; n1 = 0,8; n2 = 0,43;
    Зададимся  температурами  поверхностей  стенки  со  стороны  охлаждаемой
[pic]и  нагреваемой  [pic]сред.  Учитывая  рекомендации  (для  металлических
стенок в первом приближении можно принять[pic];  температура  стенки  всегда
ближе к температуре той среды, со стороны которой ?  выше;  при  вынужденном
движении величина ? обычно значительно больше, чем при свободном),  выбираем
 [pic].
При температуре 75єС [pic].
[pic];
При  свободном  движении   (естественной   конвекции)   вдоль   вертикальных
поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:
[pic];
Для воздуха при температуре 10єС характерны следующие параметры:
[pic]; [pic];
а при температуре 75єС [pic].
[pic];
[pic]
[pic];
[pic];
[pic];
Коэффициенты теплоотдачи:
[pic];
[pic];
Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки:
[pic];
Плотность теплового потока:
[pic];
Проверка правильности принятия для температур [pic]и [pic]для расчета:
[pic];
[pic];
Отклонения:
[pic]=> допустимо;
[pic]=> допустимо;
                                                                   Таблица 1
                             Результаты расчета
|?1,     |?2,     |1/ ?1,  |1/ ?2,  |?/?с,   |R,      |K,      |q,      |
|Вт/(м2К)|Вт/(м2К)|м2К/Вт  |м2К/Вт  |м2К/Вт  |м2К/Вт  |Вт/(м2К)|Вт/(м2К)|
|2697,662|6,990   |0,0004  |0,1431  |0,0001  |0,1436  |6,9666  |487,662 |
2.1.Коэффициенты  теплопередачи  при  изменении   каждого   из   варьируемых
факторов:
[pic];
[pic]
[pic];
[pic]
[pic];
[pic]
[pic];
[pic]
[pic];
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
                                                                   Таблица 2
                             Результаты расчета
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|6,9810|6,9828|6,9834|6,9810|6,9828|6,9834|34,372|67,627|
|      |      |      |      |      |      |5     |7     |
|Вт/(м2К)                                                    |
2.2. Степень увеличения коэффициента:
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic];
[pic]
                                                                   Таблица 3
                             Результаты расчета
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|1,0021|1,0023|1,0024|1,0021|1,0023|1,0024|4,9339|9,7074|
 [pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | |14,3282 |4,9339 |9,7074
                    |14,3282 |1,0004 |1,0006 |1,0007 | |
2.3.Графики:[pic],[pic],[pic],[pic],[pic].[pic]Наклонная               линия
характеризует 2 наложенных друг  на  друга  графика  функций  [pic]и  [pic].
Линия, почти параллельная оси абсцисс, характеризует 3  наложенных  друг  на
друга графика функций [pic], [pic] и [pic].
2.4. Выводы:
    1. из таблицы 1 видно, что величину полного термического сопротивления и
коэффициента теплопередачи определяет термическое сопротивление  теплоотдачи
со стороны стенки, омываемой свободным потоком атмосферного воздуха.
    2.  из  графика,  таблиц  2  и  3  видно,  что  увеличение  коэффициента
теплоотдачи и поверхности  стенки  со  стороны  горячей  жидкости,  а  также
изменение материала  стенки  практически  не  увеличивают  теплопередачу.  А
увеличение  коэффициента  теплоотдачи  и  поверхности   стенки  со   стороны
воздуха  является  эффективным  средством   ее   интенсификации,   поскольку
термическое сопротивление со стороны  стенки,  омываемой  свободным  потоком
атмосферного  воздуха,  вносит  наибольший  вклад   в   полное   термическое
сопротивление теплопередачи.
    3. необходимо уменьшать наибольшее из частных термических сопротивлений,
предварительно численно вычислив каждое сопротивление.
————————
                        W