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)
2697,662	6,990	0,0004	0,1431	0,0001	0,1436	6,9666	487,662

2.1.Коэффициенты теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов: ; ; ; ; ; Таблица 2 Результаты расчета

6,9810	6,9828		6,9834		6,9810		6,9828		6,9834		34,3725		67,6277
Вт/(м2К)
99,8191		34,3725		67,6277		99,8191		6,9693		6,9706		6,9713
Вт/(м2К)

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

1,0021	1,0023		1,0024		1,0021		1,0023		1,0024		4,9339		9,7074
14,3282		4,9339		9,7074		14,3282		1,0004		1,0006		1,0007

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.