Определение линейного теплового потока через трехслойную цилиндрическую стенку методом последовательных приближений

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Министерство образования Российской Федерации                         НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

nstu

Контрольная работа №1

по дисциплине: « ТЕПЛОМАССООБМЕН »

Группа: ЭТз-81

 Шифр:340758107                                                                                                                                                                               

Студент: Малютин.М.Ю.

Преподаватель: Овчинникова Ж.М.

Новосибирск 2010

Шахматный  трубный пучок водяного экономайзера поперечно омывается топочными газами (W1 – скорость газов в узком сечении), внутри труб со скоростью W2  движется вода.

Теплота Q газов передается воде через трехслойную цилиндрическую стенку трубного пучка. Принимая температуры газов и воды соответственно tf1 и tf2; наружный и внутренний диаметры стальной трубы d1 и d2; толщины слоев сажи и накипи   δс  и  δн; коэффициенты теплопроводности сажи  λс= 0,1Вт/м*К, стали λст=50Вт/м*К и накипи λн=0,8Вт/м*К, необходимо:

1)  Методом последовательных приближений определить линейный тепловой поток через трехслойную цилиндрическую стенку ql, приняв в первом приближении температуру стенки со стороны газов tW1=0,5(tf1+tf2) 0С.

Расчет считается достаточно точным, если значения линейных коэффициентов теплопередачи Kl  в двух последних приближениях будут отличаться не более, чем на 1%.

2)  Определить температуру стенки со стороны воды tW2 и температуры между слоями t1 и t2.

3)  Построить график изменения температур при теплопередаче.

Дано:

 tf1=900 0C;             tf2=290 0C;

d1=30 мм;                d2=24 мм;

 δс=0.5 мм;              δн=3.5 мм;

W1=8 м/с;                W2 =0.3 м/с;

       λс= 0,1Вт/м∙К;        λст=50Вт/м∙К;

       λн=0,8Вт/м∙К.

Найти:   qltW2,  t1,  t2.

 

Решение:

 I приближение

1)  находим число Рейнольдса для поперечного обтекания газами шахматного трубного пучка:

 

Re1= W1dн/ν1       здесь:

ν= 152.5∙10-6 м2/с  интерполяция  по таблице при  tf1=900 0C.

dн= d1+2δс=30+2∙0.5 = 31 мм =0,031 м.

Re1=8∙0.031/152.5∙10-6  =1625

tW1=0,5∙(tf1+tf2)= 0,5∙(900+290)=595 0 С .

2)  находим число Нуссельта для газов:

Nu1=0,41Rе10,6∙Pr10,33∙( Pr1/ PrW1)0,25  здесь:

Pr1=0,59  по таблице при tf1=900 0C.

PrW1=0,62   интерполяция по таблице при tW1 = 595 0C.

Nu1=0,41∙1625 0,6∙ 0,59 0,33∙ (0,59/0,62)0,25= 28,78

3)  находим коэффициент конвективной теплоотдачи от газов к наружной стенке трубы:

α1= Nu1∙λ1/ dн         здесь

λ1= 0.1 Вт/м∙К    при  tf1= 900 0C.

α1=28.78 ∙ 0.1/0.031 = 92.84 Вт/м2∙К.

4)  находим лучистый тепловой поток для незапыленного газа:

qл=c0ε,cεrψ∙((Tf1/100) 4- (TW1/100)4)

       Tf1= tf1+273=1173 K .                    TW1= tW1+273 = 868 K.

        qл=5,67∙((0,8+1)/2)∙0,2∙0,95∙((1173/100) 4- (868/100) 4)=12857.7 Вт/ м2

 

5)  находим лучистый коэффициент теплоотдачи:

αл=qл/( tf1- tW1) = 12857.7 /(900-595) = 42.15 Вт/м2∙К.

6)  находим приведенный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

αпр= α1+ αл= 92.8+42.15 =134.98 Вт/м2∙К.

7)  находим Rе2  для воды в трубах:

2 = W2 dв / ν2        здесь

ν2= 0,129∙10-6 м2/с    по таблице при  tf2 = 290 0C.

dв = d2 - 2 δн = 24 – 7 = 17 мм. =0.017м.

       Rе2=  (0.3 ∙ 0.017)/(0.129∙10-6) = 0.395 ∙ 10 >    104  =>  режим движения турбулентный.

      8) находим число   Nu2  при турбулентном режиме:

      Nu2 = 0,021∙ Rе2 0,8 Pr2 0,43 (Pr2 / PW2)0,25      здесь

Pr2 = 0.97    по таблице при    tf2=290 0C.

PW2= 0.97   т.к. в I приближении принимаем     tW2 =  tf2 = 290 0C.

 Nu2 = 0,021∙(0.395 ∙105)0,8 ∙ 0.970,43∙ (0.97/0.97)0,25= 97,88.

9)  находим коэффициент конвективной теплоотдачи к воде:

α2 = Nu2 λ2 / dв             здесь

λ2 = 0.558 Вт/м∙К        по таблице при  tf2 = 290 0C.

α2 = 97.88 ∙ 0.558 / 0,017 = 3212 Вт/м2∙К.

10)  находим линейный коэффициент теплоотдачи от газов к воде через трехслойную   цилиндрическую стенку:

Kl = 1 / (1/ αпр dн +(1/ 2λс )∙ln (dн/ d1 )+(1/2 λст )∙ ln  (d1/ d2 )+ (1/ 2λн )∙ln(d2/ dв) + 1/ α2 ∙dв) =

=1 /( 1/134.98 ∙ 0.031 + (1/2∙0.1) ∙ ln (0.031/0.03) + (1/2∙50) ∙ ln (0.03/0.024) + (1/2∙0.8)∙

∙ln(0.024/0.017) + 1/3212∙ 0.017) = 1.6 Вт/м∙К.

11)  тепловой поток через 1 погонный метр трубы:

ql = π ∙ Kl (tf1 - tf2) = π ∙ 1.6∙(900-290) = 3064 Вт/м.

12)  температура наружной поверхности трубы:

tW1 = tf1 – (ql / π∙ αпр∙dн) = 900 – (3064/ π ∙134.98 ∙0.031) = 666.8 0C.

13)  температура внутренней поверхности трубы:

tW2 = tf2 + (ql / π∙α2∙dв) = 320 + (3064/ π ∙3212 ∙ 0,017) = 307.9 0C.

II приближение:

1)  число Rе1= 1625  без изменения.

2)  находим уточненное число Нуссельта для газов:

Nu1=0,41Rе10,6∙Pr10,33∙( Pr1/ PrW1)0,25  здесь:

PrW1 = 0,61     при tW1 = 666.8 0C.

Nu1= 0,41∙16250,6∙ 0.590,33 (0.59/0.61)0,25 = 28.78

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Контрольные работы
Размер файла:
270 Kb
Скачали:
0