Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен»


Скачать 377.86 Kb.
НазваниеМетодические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен»
страница1/4
Дата публикации05.04.2013
Размер377.86 Kb.
ТипМетодические указания
userdocs.ru > Математика > Методические указания
  1   2   3   4


Министерство образования и науки

Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

ВОЛГОДОНСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ-

ФИЛИАЛ НИЯУ МИФИ


ТЕПЛОИ МАССООБМЕН

Методические указания к индивидуальному домашнему заданию
по курсу «Термодинамика и теплои массообмен»

Волгодонск 2011

УДК 621.039.51
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С.Н. Егоров

канд.техн. наук, доц. Ю.В. Полетаев

^ Бубликов И.А. Тепло −и массообмен [Текст]: Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло− и массообмен»/ Сост. И.А. Бубликов, И.Н. Веселова; М-во образования и науки РФ, Волгодонский институт НИЯУ МИФИ. Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2011.− 20 с. − 50 экз.
Приведена методика расчета основных составляющих процессов теплопередачи, таких, как естественная и вынужденная конвекция, теплопередача излучением и теплопроводностью. Предложены задачи процессов теплопередачи различных конструктивных схем теплообменников.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальностей: 14050265 «Котло-и реакторостроение», 14010165 «Тепловые электрические станции».


© Волгодонский институт НИЯУ МИФИ, 2011
© Бубликов И.А., Веселова И.Н., 2011
^ Условные обозначения

Q – тепловая мощность, тепловой поток, Вт;

Q1,2 – тепловой поток, излучаемый телом 1 в направлении тела 2, Вт;

q – удельный тепловой поток, Вт/м2;

Gм – массовый расход, кг/с или кг/ч;

Gv – объемный расход, м3/с;

Ср – удельная массовая теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг·К);

V – объем, м3;

υ – удельный объем, м3/кг;

ρ – плотность, кг/м3;

Wср – средняя по сечению скорость теплоносителя, м/с;

tвх, tвых–температура теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, С;

tc – температура жидкости у стенки, С ;

tж – температура жидкости на удалении от стенки, С;

Δtб, Δtм – больший и меньший температурный напоры, С ;

Δtср – среднеарифметический или среднелогарифмический температурный напор, С ;

Nu – безразмерный критерий Нуссельта;

Re – безразмерный критерий Рейнольдса, Re = ω·d/ν;

Pr – безразмерный критерий Прандтля, Pr = ν/а;

dвн, dн – внутренний и наружный диаметры трубы, м;

dэ – эквивалентный диаметр, м;

f –площадь проходного (живого) сечения потока, м2;

Fто – поверхность теплообмена, м2;

П – смоченный периметр, м;

ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

μ – коэффициент динамической вязкости, Па·с;

a – коэффициент температуропроводности, м2/с;

β – термический коэффициент объемного расширения, С -1;

к – средний для поверхности теплообмена коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);

α1, α2 – средние для поверхности теплообмена коэффициенты теплоотдачи с разных сторон стенки, Вт/(м2·К);

λст – средний коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м·К);

b, с – опытные коэффициенты;

С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, С0 = 5,67 Вт/(м2·К4);

φ1,2 – коэффициент облученности поверхности;

εпр – приведенный коэффициент теплового излучения системы тел;

ε1, ε2 – коэффициенты теплового излучения (степени черноты) тела 1 и тела 2 (см. приложение);

g – ускорение свободного падения, м/с2.

^ Цель и задачи расчета

Целью индивидуального домашнего задания является практическое освоение методики расчета основных составляющих процессов теплопередачи, таких как естественная и вынужденная конвекция, теплопередача излучением и теплопроводностью.

Решение индивидуального домашнего задания предусматривает:

− выбор необходимых граничных условий и определение недостающих физических и геометрических характеристик;

− составление основных уравнений теплоотдачи и теплопередачи в каждом конкретном случае;

− решение системы уравнений прямым способом или методом последовательных приближений;

− составление таблиц с занесением в нее основных постоянных и расчетных величин: t, , , tср., Fто и т.д.;

− оценка эффективности теплообмена на основе анализа результатов расчета, по полученным значениям коэффициента приведенной тепловой мощности:

,

где - разность температур на входе и выходе теплообменника.
^ Задание на расчет
Задание на расчет состоит из:

− расчетной конструктивной схемы;

− исходных данных к расчету;

− перечня необходимых расчетных величин.

В индивидуальном домашнем задании необходимо рассчитать процессы теплопередачи для описанных приведенных ниже трех видов конструктивных схем теплообменников (рис. 1−3). Во всех трех задачах внутри трубы движение заданной жидкости вынужденное.
^ Конструктивные схемы


tвых=?
Рис. 1

tвых=?
Рис.2


tвых=?


Рис.3
^ Основные расчетные уравнения

Уравнение теплового баланса
Количество теплоты в единицу времени, подведенное греющей средой

Без учета потерь в окружающую среду, можно считать равным тепловой мощности, отведенной охлаждающей средой:
; ,
Q2 определяется в зависимости от способа теплообмена внешней среды

со средой внутри трубы.
Уравнение неразрывности потока
Массовые расходы охлаждающей среды на входе и выходе равны, т.е.

сколько охлаждающей среды подведено в теплообменный аппарат, столько же должно быть отведено на выходе.

Равенство объемных расходов при этом не соблюдается, поскольку при разогреве, охлаждении или фазовых превращениях среды удельный объем ее υ или плотность ρ, как обратная величина, изменяются:
,

.

Коэффициент теплоотдачи
В решаемых студентами задачах процесс сложного теплообмена

характеризуется тремя термическими сопротивлениями, находящимися между греющей и охлаждающей средами:

– термическое сопротивление теплоотдачи от греющей среды к теплообменной стенке, которое характеризуется коэффициентом теплоотдачи α1;

– термическое сопротивление теплопроводности стенки теплообменной трубы, которое характеризуется толщиной стенки δст и коэффициентом теплопроводности материала стенки λст;

– термическое сопротивление от теплообменной стенки к охлаждающей среде, которое характеризуется коэффициентом теплоотдачи α2;

По способу омывания теплообменной поверхности теплоотдачу подразделяют на вынужденную и естественную.

Для определения коэффициента теплоотдачи α применяют формулу
.

Температурный напор
Температурный напор – параметр, характеризующий средний перепад

температур между греющей и охлаждающей средами при различных схемах протекания сред: прямоток (рис. 4,а), противоток (рис. 4,б), перекрестный ток (рис. 5).



а) б)




t,С t,С











L(Q) L(Q)
Рис. 4
Температурный напор определяется по следующим формулам:
при

или во всех остальных случаях
.
При перекрестном токе t-L(Q) – диаграмма строится так же, как при противотоке. Полученное значение температурного напора tср умножается на поправочный коэффициент ψ, который определяется в зависимости от схемы поперечного сечения пучка по справочной литературе [2]. Значение коэффициента 0,5< ψ<1.






Рис. 5
Критерий Нуссельта при вынужденной конвекции
При вынужденной конвекции критерий Нуссельта как безразмерный

коэффициент теплопередачи для установившегося турбулентного режима течения при ; определяется по эмпирической формуле:
,

где

, , .
1) В случае движения жидкости в трубе А = 0,023; b = 0,78; с = 0,4.

2) В случае продольного омывания труб в межтрубном пространстве возможна треугольная упаковка с относительным шагом . При , для треугольной упаковки ; b = 0,8; с = 0,4.

3) В случае продольного омывания труб в межтрубном пространстве возможна также квадратная упаковка с относительным шагом .

В случае квадратной упаковки
,
где – критерий Нуссельта для круглой трубы того же диаметра, что и пучок стержней;

.
4) В кольцевых концентрических каналах, образованных цилиндрическими поверхностями (d2>d1),
,
где ;

а – расстояние от трубы до «рубашки»;

– критерий Нуссельта для круглой трубы.
Критерий Нуссельта при естественной конвекции
При естественной конвекции критерий Нуссельта определяется по

следующей эмпирической формуле:
.
Критерий Грасгофа, входящий в формулу, является мерой отношения подъемной силы, возникающей из-за разности плотностей при разных температурах, и сил вязкости:
,
где dн – наружный диаметр трубы (для труб, расположенных горизонтально).

Для труб, расположенных вертикально, наружный диаметр dн заменяется длиной трубы L.
Таблица 1

^ Значения коэффициентов В и n




В

n

10-3 - 102

1,18

1/8

5·102 - 2·107

0,54

1/4

> 2·107

0,135

1/3

Уравнение теплопередачи
Уравнение теплопередачи связывает тепловую мощность

теплообменника, поверхность теплообмена и температурный напор с величиной коэффициента теплопередачи:
.
Во многих случаях при использовании тонкостенных труб для

определения коэффициента теплопередачи используют упрощенную формулу для плоской пластины:

Уравнение теплообмена излучения
Излучение от наружной поверхности F1 и внутренней F2 определяет

количество теплоты (тепловую мощность), передаваемое от электрического нагревателя к трубе излучением:
,
где – приведенный коэффициент черноты системы тел;

φ1,2 – коэффициент облученности, φ1,2 = 1, если облучается вся поверхность.

Формула Ньютона-Рихмана позволяет определить коэффициент теплоотдачи излучением .

Необходимые для расчета данные представлены в таблицах приложения. Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.

  1   2   3   4

Похожие:

Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания по выполнению домашнего задания Количество...
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания по выполнению лабораторной работы на тему :...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 1309 в выполнении лабораторной работы по курсу “Основы устройства...
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» icon1. Техническая термодинамика. Определение. Общие сведения. Термодинамика —
Термодинамика — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconК. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники...
Методические указания предназначены для студентов специальностей 050724, 050729, 050708. Они могут быть использованы студентами других...
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconК. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники...
Методические указания предназначены для студентов специальностей 050724, 050729, 050708. Они могут быть использованы студентами других...
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания к лабораторной работе по курсу: «Финансовый менеджмент»
Менеджер предпринимательского предприятия: Методические указания к лабораторной работе по курсу «Финансовый менеджмент» для студентов...
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Экономика...
Методические указания предназначены для студентов изучающих дисциплину «Экономика отрасли»
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания к лабораторным работам по курсу «информационные системы в экономике»
Методические указания к лабораторным работам по курсу «информационные системы в экономике» для студентов специальности 080105. 65...
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Изучение центробежных стендов»
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические...
Методические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу «Термодинамика и тепло − и массообмен» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Контрольно-испытательные...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница