Министерство образования Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
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: ql, tW2, t1, t2.
Решение:
I приближение
1) находим число Рейнольдса для поперечного обтекания газами шахматного трубного пучка:
Re1= W1dн/ν1 здесь:
ν1 = 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:
Rе2 = 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 ∙ 105 > 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
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.