Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
С использованием я-теоремы показать, что безразмерное сопротивление X8JpVl0 можно выразить в зависимости от числа Рейнольдса Re = pKooD/p,.
5.4. Предположим, что экспериментальным путем получен коэффициент теплоотдачи Яс при вынужденной конвекции воздуха около сферы диаметром D. Если эти результаты нанести на график зависимости Nu^ от Re0 Pr, то они ложатся на этот график, как показано на рисунке
10і
J_L
ю1 ю2 ю3
Re2)Fr
К задаче 5.4.
Написать безразмерное критериальное уравнение для среднего числа Нуссельта, обобщающего эти экспериментальные данные, и определить границы применимости полученного уравнения.
^.5. При течении с расходом 4 кг/с в трубе с внутренним диаметром 5 см вода нагревается от 30 до 50°С. Определить требуемую длину трубы, если температура ее стенки поддерживается равной 80°С.
5.6. Сухой воздух при давлении 1400 кН/м2 движется в трубе с внутренним диаметром 7,5 см и длиной 5 м; расход воздуха 0,5 кг/с. Средняя температура стенки канала поддерживается равной 200°С, а средняя температура воздуха на входе в канал 260°С. Рассчитать коэффициент теплоотдачи и определить, насколько понизится температура воздуха в канале.
5.7. Средняя температура воды на входе в трубу с внутренним диаметром 2,5 см соствляет 10°С, а ее расход 0,5 кг/с. Электрический нагревательный элемент обеспечивает постоянную плотность теплового потока от стенки трубы и ее среднюю температуру 5O0C Определить коэффициент теплоотдачи и рассчитать, как изменится температура воды при длине трубы 5,6 м.
5.8. Вода со среднемассовой температурой 20° поступает в трубу внутренним диаметром 2,5 м и длиной 1,5 м. При расходе воды 1,0 кг/с определить, какова температура воды на выходе из трубы, если температура ее стенок поддерживается постоянной и равной 5O0C
5.9. Атмосферный воздух с температурой 1O0C поступает в прямоугольный канал сечением 7,5 X 15 см и длиной 6 м. Все четыре поверхности этого канала благодаря солнечному облучению поддерживаются при температуре 7O0C Рассчитать, при каком расходе воздуха его температура на выходе из канала будет на 200C превышать его температуру на входе.
5.10. Вода со средней температурой 200C и средней скоростью 0,1 м/с поступает в трубу внутренним диаметром 3 мм. Труба имеет электрический обогрев, обеспечивающий постоянную плотность теплового потока стенки, составляющую 1,0 кВт/м2. Определить изменение температуры воды по радиусу трубы.
5.11. Атмосферный воздух, имеющий температуру 12O0C с расходом 0.22 м3/с, поступает в трубу внутренним диаметром 7 см. В предположении, что температура стенки трубы поддерживается постоянной и равной 20°С, определить длину трубы, необходимую для охлаждения воздуха до 8O0C
5.12. Измерения, проведенные в экспериментах с трубой эллипсоидального поперечного сечения, показали, что коэффициент конвективной тепло-
9*
260 Глава 5
отдачи к движущемуся в ней воздуху составил 35 Вт/ (м2- град) при скорости воздуха 15 м/с и эквивалентном диаметре трубы 0,4 м. Каким стал бы коэффициент теплоотдачи, если бы эквивалентный диаметр трубы с аналогичным поперечным сечением уменьшился до 0,2 м, а скорость воздуха возросла до 30 м/с?
5.13. Ртуть движется в трубе диаметром 3,4 см со скоростью 3 м/с и температурой 8O0C Определить коэффициент теплоотдачи, если длина трубы 6 м.
5.14. Жидкий натрий движется в трубе диаметром 2 см; его массовый " расход на входе в трубу равен 0,2 кг/с. Обеспечивается постоянная плотность теплового потока от стенок трубы к натрию, причем разность между температурами стенок и натрия составляет 10°. Температура натрия на входе 378 К, и по мере прохождения трубы он нагревается на 2,80C Определить тепловой поток к натрию.
5.15. Канал длиной 4 м имеет треугольное поперечное сечение с длиной стороны 3 см. Температура жидкого натрия на входе в канал 478 К, а его массовый расход 3,6 кг/с. Стенки канала поддерживаются изотермическими при температуре 525 К. Взять все физические свойства натрия при его входной температуре и определить: а) температуру натрия на выходе и б) тепловой поток к натрию.
5.16. Пусть распределение скоростей при обтекании водой плоской пластины определяется безразмерным выражением UfV00 = (у!^x) ReJ/2, где 1 расстояние, измеряемое вдоль пластины, ay — расстояние по нормали к ней. Средняя температура воды 600C (Ts = 80°С, T00 = 40°С), а ее скорость при обтекании одной стороны пластины, имеющей площадь 3X3 м, составляет V00 = 5 м/с. Определить следующие данные: а) общее сопротивление пластины; б) формулу для расчета локальной толщины пограничного слоя б(х); в) толщину пограничного слоя на конце пластины (х = 3 м).
5.17. Пусть локальное число Нуссельта при обтекании пластины определяется выражением Nu^ = 0,5Re^3Pr1/3. Определить вид зависимости среднего числа Нуссельта Ntu от Re^.
5.18. Ветер дует вдоль улицы, имеющей асфальтовое покрытие. Скорость ветра 4 м/с, температура воздуха 220C, температура асфальта 580C, ширина улицы 12 м. Определить тепловой поток от поверхности асфальта.
5.19. Плоская горизонтальная крыша имеет зимой температуру 10°С Крыша квадратная и имеет площадь 40 X 40 м. Определить конвективный тепловой поток от крыши к воздуху с температурой —100C при скорости ветра: а) 2 м/с; б) 6 м/с и в) 12 м/с.
