Файл: Практическая работа 2 по дисциплине Основы гидравлики и термодинамики раздел Основы термодинамики.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 507
Скачиваний: 24
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Практическая работа №2по дисциплине «Основы гидравлики и термодинамики» раздел «Основы термодинамики»Целью данной практической работы является привитие студентам навыков практического применения таких основных разделов, как: Количество теплоты. Тепловой поток. Удельные тепловые потоки: поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового потока, объемная плотность тепловыделений. Виды теплообмена и их характеристики. Теплоотдача и теплопередача. Температурное поле. Изотермическая поверхность. Градиент температуры.Практическая работа 2.1Определить линейную плотность теплового потока для трубки парового котла (λт = 40 Вт/(мК)), если внутренний диаметр паропровода dвн, мм, наружный — dнар, мм. Наружная сторона трубки омывается дымовыми газами с температурой tж1, оС, а внутри трубок движется вода с температурой tж2, оС. Снаружи трубка покрыта слоем сажи (λс = 0,07 Вт/(мК)) толщиной 1,5 мм, а с внутренней стороны — слоем накипи (λн = 0,15 Вт/(мК)) толщиной 2,5 мм. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки α1, Вт/(м2К), а со стороны воды α2, Вт/(м2К).Определить также температуры на поверхностях трубки, сажи и накипи.Как изменится линейная плотность теплового потока для "чистой" трубки (без сажи и накипи) при прочих неизменных условиях.Изобразить график изменения температуры по толщине слоев стенки трубки, сажи и накипи и в пограничных слоях (график выполнить в масштабе).Исходные данные принять по табл. 1.1 в соответствии с Вашим вариантом задания.Расположение слоев цилиндрической стенки показано на рис. 1.Результаты расчета необходимо занести в табл. 2.2.Рис. 1 – Расчетная схема. Расположение слоев цилиндрической стенкиИсходные данные: ;
Рис.2. ГрафикизменениятемпературыпотолщинеслоевстенкиПрактическая работа 2.2Определить температуру в центре и на поверхности пластины толщиной = 20 мм через время после погружения в горячую среду (масло или газ) либо время нагрева до заданной температуры в центре или на поверхности пластины (согласно своего варианта), если толщина пластины во много раз меньше ее ширины и длины. Найти также среднюю по массе температуру пластины.Исходные данные принять по табл. 2.3 в соответствии с Вашим вариантом задания.Исходные данные:-материал пластины - огнеупор;-коэффициент теплопроводности пластины λ = 1 Вт/(м·К); -удельная теплоемкость Ср = 910 Дж/(кг ·К);-плотность ρ = 1100 кг/м3;-одинаковая по толщине начальная температура пластины tо = 10°С;-среда, в которую помещена пластина - газ;-температура среды (поддерживается постоянной) tж=1000°С;-коэффициент теплоотдачи от среды к пластине α = 26 Вт/(м2· К);- температура в конце нагрева на поверхности пластины tw = 783 0С.Решение:Критерий Био:Определим относительную безразмерную температуру:По графикам на рисункахнаходим критерий Фурье:Определим время нагрева: ,где а - температуропроводность материала пластины:Тогда средняя температура по толщине пластины:Практическая работа 2.3При заданных условиях конденсации определить: а) средний коэффициент теплоотдачи; б) тепловой поток, отводимый через стенку трубы при конденсации пара; в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию не подвижного пара).
Данные, необходимые для выполнения практической работы 2.3, выбрать из табл. 2.4согласно таблице вариантов.Исходные данные:Давление сухого насыщенного водяного пара .Пар конденсируется на стенках трубы. Стенка расположена горизонтально.Длина трубы .Диаметр трубы .Температура стенки .Решение:Определим величину числа подобия для вертикальной трубы: ,где – темпемпературный напор; Температура насыщения при составляет , тогда . – длина трубы; – кинематический коэффициент вязкости конденсата при температуре насыщения; – коэффициент теплопроводности конденсата при температуре насыщения; – плотность конденсата при температуре насыщения; – теплота парообразования при температуре насыщения.Так как , то режим стекания пленки ламинарный. В этом случае расчет числа Рейнольдса производим по формуле:
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:Определим мощность теплового потока:Определим расход конденсата стекающего с трубы:Практическая работа 2.4Пользуясь формулой Кутателадзе и формулой Михеева, определить коэффициент теплоотдачи , температурный напор и температуру tс поверхности нагрева при пузырьковом кипении воды в неограниченном объеме, если даны плотность теплового потока q, подводимого к поверхности нагрева, и давление р, при котором происходит кипение. Сопоставить результаты расчета по обеим формулам, вычислив процент несовпадения.Построить схематично график зависимости q и при кипении воды, указав на ней область пузырькового кипения и ориентировочно положение точки, соответствующей заданному режиму.Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, взять из табл. 2.7 согласно таблице вариантов.Исходные данные:q = 0,6МВт/м2р = 1 МПаРешение:При давлении насыщения температура кипения воды при Р = 1 МПаДля произвольных жидкостей - формула Кутателадзе: =9,81 м/с² - ускорение свободного падения; = 886,9 кг/м3, = 5,157кг/м3 - плотность жидкости и пара соответственно[1 табл. 11];
; 
; 
;
; 
Решение:
Определим линейный коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде по формуле:
,
где d1 = dнар + 2·δс = 0,054 + 2·0,0015 = 0,057 м;
d2 = dвн- 2·δн = 0,044 - 2·0,0025 = 0,039 м.
Линейная плотность теплового потока:
Температура:
- на поверхности сажи
;
- на наружной поверхности трубки
Определим линейный коэффициент теплопередачи от дымовых газов к водедля "чистой" трубки по формуле:
Линейная плотность теплового потокадля "чистой" трубки:
Изменение линейной плотность теплового потока для "чистой" трубки:
Результаты расчета приведены в таблице:
| Вариант |  ,Вт/м | tc1,ºC | tc2, ºC | tc3, ºC | tc4, ºC |  ,Вт/м |
| 6 | 2964 | 983 | 618 | 615 | 238 | 40170,3 |
Рис.2. ГрафикизменениятемпературыпотолщинеслоевстенкиПрактическая работа 2.2Определить температуру в центре и на поверхности пластины толщиной = 20 мм через время после погружения в горячую среду (масло или газ) либо время нагрева до заданной температуры в центре или на поверхности пластины (согласно своего варианта), если толщина пластины во много раз меньше ее ширины и длины. Найти также среднюю по массе температуру пластины.Исходные данные принять по табл. 2.3 в соответствии с Вашим вариантом задания.Исходные данные:-материал пластины - огнеупор;-коэффициент теплопроводности пластины λ = 1 Вт/(м·К); -удельная теплоемкость Ср = 910 Дж/(кг ·К);-плотность ρ = 1100 кг/м3;-одинаковая по толщине начальная температура пластины tо = 10°С;-среда, в которую помещена пластина - газ;-температура среды (поддерживается постоянной) tж=1000°С;-коэффициент теплоотдачи от среды к пластине α = 26 Вт/(м2· К);- температура в конце нагрева на поверхности пластины tw = 783 0С.Решение:Критерий Био:Определим относительную безразмерную температуру:По графикам на рисункахнаходим критерий Фурье:Определим время нагрева: ,где а - температуропроводность материала пластины:Тогда средняя температура по толщине пластины:Практическая работа 2.3При заданных условиях конденсации определить: а) средний коэффициент теплоотдачи; б) тепловой поток, отводимый через стенку трубы при конденсации пара; в) расход конденсата, стекающего с трубы (режим конденсации рассматривать как пленочную конденсацию не подвижного пара).
Данные, необходимые для выполнения практической работы 2.3, выбрать из табл. 2.4согласно таблице вариантов.Исходные данные:Давление сухого насыщенного водяного пара .Пар конденсируется на стенках трубы. Стенка расположена горизонтально.Длина трубы .Диаметр трубы .Температура стенки .Решение:Определим величину числа подобия для вертикальной трубы: ,где – темпемпературный напор; Температура насыщения при составляет , тогда . – длина трубы; – кинематический коэффициент вязкости конденсата при температуре насыщения; – коэффициент теплопроводности конденсата при температуре насыщения; – плотность конденсата при температуре насыщения; – теплота парообразования при температуре насыщения.Так как , то режим стекания пленки ламинарный. В этом случае расчет числа Рейнольдса производим по формуле:
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:Определим мощность теплового потока:Определим расход конденсата стекающего с трубы:Практическая работа 2.4Пользуясь формулой Кутателадзе и формулой Михеева, определить коэффициент теплоотдачи , температурный напор и температуру tс поверхности нагрева при пузырьковом кипении воды в неограниченном объеме, если даны плотность теплового потока q, подводимого к поверхности нагрева, и давление р, при котором происходит кипение. Сопоставить результаты расчета по обеим формулам, вычислив процент несовпадения.Построить схематично график зависимости q и при кипении воды, указав на ней область пузырькового кипения и ориентировочно положение точки, соответствующей заданному режиму.Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, взять из табл. 2.7 согласно таблице вариантов.Исходные данные:q = 0,6МВт/м2р = 1 МПаРешение:При давлении насыщения температура кипения воды при Р = 1 МПаДля произвольных жидкостей - формула Кутателадзе: =9,81 м/с² - ускорение свободного падения; = 886,9 кг/м3, = 5,157кг/м3 - плотность жидкости и пара соответственно[1 табл. 11];