Каталог :: Теплотехника

Курсовая: Теплопередача

     
                  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 δ = 5,5 мм,
длиной    l = 1,45 м   и высотой h = 0,95 м  выполнена из стали с коэффициентом
теплопроводности    λс = 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 ºС (вдали от
стенки), с другой стороны – свободным потоком атмосферного воздуха с
температурой       tж2 =10 ºС.
     
λc
tж1                         tж2
q                                                                         h
δ                                            l
     Требуется:
1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов занести в
таблицу. Лучистым теплообменом пренебречь из-за малых значений 
и .
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 α1,
α2 и поверхности стенки F как со стороны горячей жидкости (
), так и со стороны воздуха (
) .
б) замене стальной стенки на латунную (
) , алюминиевую () и
медную () с
коэффициентами теплопроводности соответственно 
, , 
.
Результаты расчетов занести в таблицу.
2.2. Определить степень увеличения коэффициента теплопередачи при изменениии
каждого из варьируемых факторов σi по формуле: 
, 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: 
, , 
, , 
.
2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы о
целесообразных путях интенсификации теплопередачи.
     
     Решение:
1.   Для нахождения коэффициентов теплоотдачи α необходимо выбрать
уравнения подобия и найти числа подобия.
При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть использовано
следующее уравнение подобия:
     ;
Для воды при температуре 80ºС характерны следующие параметры:
     ; ; ;
     ;
     => с = 0,037; n1 = 0,8; n2 = 0,43;
Зададимся температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой 
и нагреваемой сред.
Учитывая рекомендации (для металлических стенок в первом приближении можно
принять; температура
стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны которой α выше;
при вынужденном движении величина α обычно значительно больше, чем при
свободном), выбираем  
.
При температуре 75ºС .
     
     
     ;
При свободном движении (естественной конвекции) вдоль вертикальных
поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:
     ;
Для воздуха при температуре 10ºС характерны следующие параметры:
     ; ;
а при температуре 75ºС .
     ;
     
     ;
     ;
     ;
Коэффициенты теплоотдачи:
     
     
     ;
     ;
Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки:
     
     
     ;
Плотность теплового потока:
     ;
Проверка правильности принятия для температур и для расчета:
     ;
     ;
Отклонения:
     => допустимо;
     => допустимо;
                                                                       Таблица 1
                               Результаты расчета                               
     

α1,

Вт/(м2К)

α2,

Вт/(м2К)

1/ α1,

м2К/Вт

1/ α2,

м2К/Вт

δ/λс,

м2К/Вт

R,

м2К/Вт

K,

Вт/(м2К)

q, Вт/(м2К)

2697,6626,9900,00040,14310,00010,14366,9666487,662
2.1.Коэффициенты теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов: ; ; ; ; ; Таблица 2 Результаты расчета

6,98106,98286,98346,98106,98286,983434,372567,6277

Вт/(м2К)

99,819134,372567,627799,81916,96936,97066,9713

Вт/(м2К)

2.2. Степень увеличения коэффициента: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; Таблица 3 Результаты расчета

1,00211,00231,00241,00211,00231,00244,93399,7074

14,32824,93399,707414,32821,00041,00061,0007
2.3.Графики:,,,,. Наклонная линия характеризует 2 наложенных друг на друга графика функций и . Линия, почти параллельная оси абсцисс, характеризует 3 наложенных друг на друга графика функций , и . 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.