Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
116 Глава 2
2.6. Сравнить значения плотности теплового потока, полученные в задачах 2.4 и 2.5. Куда больше уходит тепла при одинаковом перепаде температур? Через стену или стекло? Предложить способы снижения потери тепла через стекло.
2.7. Цилиндр диаметром 20 см и длиной 50 см теплоизолирован по периметру. Температура одного торца цилиндра 300°С, а температура в поперечном сечении на расстоянии 25 см от этого торца 100°С. Коэффициент теплопроводности 2 Вт/(м-град). Найти тепловой поток вдоль оси цилиндра й рассчитать температуру второго торца цилиндра.
2.8. По длинной алюминиевой проволоке диаметром 1 см течет электрический ток силой 1000 А. Проволока покрыта слоем резиновой изоляции толщиной 3 мм [& = 0,15 Вт/(м-град)]. Температура наружной поверхности изоляции 3O0C Найти температуру внутренней поверхности изоляции. Омическое сопротивление проволоки на единицу длины 3,7•1O-4 Ом/м.
2.9. Паропровод с наружной температурой 12O0C и наружным диаметром 10 см покрыт слоем асбеста толщиной 5 см [? = 0,15 Вт/(м-град)]. Рассчитать тепловой поток от паропровода на единицу его длины, если температура наружной поверхности изоляции 35°С Найти термическое сопротивление изоляции на единицу длины паропровода.
2.10. По круглому каналу выводятся из печи газообразные продукты сгорания. Диаметр канала 0,5 м, температура стенки 500°С. Найти толщину изоляции [k = 0,2 Вт/(м-град)], обеспечивающую снижение температуры наружной поверхности до такой величины, чтобы человек, коснувшийся ее, не обжегся. Удельная теплоемкость газа 1000 Дж/(кг-град), расход 1 кг/с, падение температуры на длине канала 40 м составляет 1O0C Предположить, что термическое сопротивление стенки канала мало по сравнению с термическим сопротивлением изоляции и что максимальная температура, не вызывающая ожога, равна 65°С
2.11. Найти термическое сопротивление и тепловой поток через стенку полого шара внутренним диаметром 5 см, наружным диаметром 10 см и коэффициентом теплопроводности 20 Вт/(м-град). Температуры внутренней и наружной поверхностей равны соответственно 100 и 5O0C
2.12. Стенка большой печи толщиной 1,5 см изготовлена из чугуна. Температура горячего газа HOO0C, коэффициент конвективной теплоотдачи на внутренней поверхности стенки 250 Вт/(м2-град). Наружная поверхность печи окружена воздухом [Яс = 20 Вт/(м2-град)] с температурой 3O0C Нарисовать тепловую цепь и указать все сопротивления. Рассчитать значения всех термических сопротивлений на единицу площади. Найти плотность теплового потока через стенку печи. Рассчитать температуры внутренней и наружной поверхностей стенки.
2.13. Найти толщину изоляции [k = 0,5 Вт/(м-град)], которую нужно нанести на стенку печи (задача 2.12), чтобы снизить тепловой поток вдвое. Предположить, что изоляция не повлияет на коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности. Рассчитать температуры обеих поверхностей изоляции.
2Л4. Пенопластовая камера для льда имеет форму полого цилиндра с внутренним диаметром 0,5 м, наружным диаметром 0,6 м и длиной 1 м. Камера полностью заполнена льдом с температурой O0C. Температура наружного воздуха 30°С, коэффициент конвективной теплоотдачи между воздухом и пенопластом йс = 10 Вт/(м2-град). Найти время, за которое лед полностью растает, и температуру наружной поверхности пенопласта. Рассчитать термическое сопротивление пенопласта и воздуха. Пренебречь подводом тепла с концов камеры. Скрытая теплота плавления льда 3,35•1O5 Дж/кг.
2.15. Изготовлено две модели подогревателя воды. Обе модели имеют форму цилиндра с двойными металлическими стенками. В более дешевой модели нет изоляции между стенками, а коэффициент конвективной теплоотдачи между стенками на обеих поверхностях равен 20 Вт/(м2-град). В более дорогой модели зазор между стенками заполнен стекловолокном [k = = 0,05 Вт/(м-град)]. У обеих моделей внутренний диаметр стенки 0,G м, на-
Стационарная теплопроводность 117
ружный диаметр 0,7 м, высота 3 м. Температура внутренней стенки 6O0C, а температура воздуха, омывающего наружную поверхность подогревателя, равна 250C при Яс = 15 Вт/(м2-град). Предполагая, что происходит одномерный перенос тепла в радиальном направлении, и пренебрегая термическим сопротивлением металлических стенок, найти требуемый стационарный подвод мощности для обеих моделей, если из подогревателя вода не отводится. Найти в процентах экономию энергии, которую дает более дорогая модель.
2.16. Температура поверхности длинного цилиндрического стержня диаметром 4 см равна 200°С. Стержень покрыт изоляцией двоякого типа, как показано на рисунке. Поверхность раздела двух материалов идеально теплоизолирована. Толщина обоих материалов 5 см, kA = 5 Вт/(м-град), kB = = 10 Вт/(м-град). Наружная поверхность изоляторов омывается воздухом с температурой 200C и hc = 15 Вт/(м2-град). Рассматривая только стационарный перенос тепла в радиальном направлении, а) нарисовать тепловую цепь и указать все сопротивления, б) найти суммарный тепловой поток на единицу длины стержня, в) найти температуру наружной поверхности обоих изоляторов.
