4.11 Промежуточный экзамен № 3 (ПЭ-3)
Промежуточный экзамен по программе модуля «Основы теплопередачи» проводится в форме индивидуального собеседования, что позволяет проверить самостоятельную работу студентов, устранить установленные пробелы при изучении модулей «Общие закономерности и принципы анализа и расчета процессов и аппаратов ХТ» и «Основы гидравлики», а также акцентировать их внимание на аналогии процессов переноса тепла и вещества с целью более глубокого понимания материала следующего модуля «Основы массопередачи».
Собеседование проводится параллельно со сдачей индивидуального расчетного задания по теме модуля.
Необходимым условием допуска к ПЭ-3 является:
а) выполнение плана практических занятий;
б) выполнение и защита:
– лабораторных работ;
– индивидуального расчетного задания;
– самостоятельная работа на электронном тренажере.
1. Температура верхней поверхности льда на озере минус 10 °С, на глубине 45 см от поверхности минус 4,4 °С. Теплопроводность льда l=2,2 Вт/(м×К). Определить максимальную толщину слоя льда, который может образоваться в этих условиях. Ответ: 0,8 м.
2. Стенка дома сложена из ледяных блоков (l=2,25 Вт/м×К). Толщина стенки 0,9 м, плотность теплового потока 116,3 Вт/м2. На наружной поверхности стенки сохраняется постоянная температура минус 40 °С. Какой физический процесс будет происходить со льдом на внутренней поверхности стенки? При какой толщине стенки он прекратится? Какая температура установится на внутренней поверхности стенки?
3. Горизонтальный трубопровод диаметром 200 мм охлаждается свободным воздухом. Процесс теплоотдачи от поверхности трубопровода к среде решено изучать на модели. Основным элементом экспериментального стенда является горизонтальная труба диаметром
50 мм. При каких соотношениях коэффициентов теплоотдачи процессы конвективного теплообмена будут подобны? Теплофизические свойства воздуха в рассматриваемых случаях остаются постоянными.
4. В двух двухтрубных горизонтальных теплообменных аппаратах осуществляется пленочная конденсация сухого насыщенного пара аммиака. Отношение диаметров труб d1/d2 = 3,5, а длины труб одинаковы. Сравнить коэффициенты теплоотдачи и количество конденсата, получаемое в аппаратах, если температурный напор и давление одинаковы. Ответ: L1/L2 = 0,731; М1/М2 = 256.
5. Бак из дерева [l = 0,105 Вт/(м2×К)] заполнен водой. Температура окружающего воздуха t1 = 18,6 °С, воды 4,8 °С, коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке a1 = 7,9 Вт/(м2×К), от стенки к воде
a2 = 322 Вт/(м2×К). Относительная влажность воздуха 70 %. Определить минимальную толщину стенки бака, при которой на ее поверхности не будет выпадать роса.
6. Для утепления пола здания служит воздушный канал, проходящий под полом. В канал проложен стальной трубопровод [lст=45,4 Вт/(м×К) ] диаметром 120´5 мм для горячей воды.
Можно ли покрыть трубу бетоном [lб=1,16 Вт/(м×К] или асбестом с целью увеличить количество подаваемой через трубу теплоты [lа=0,12 Вт/(м×К)]? Почему?
7. Студент-стажер дает распоряжение изолировать паропровод таким образом, чтобы обеспечить отсутствие потерь теплоты от пара, движущегося по трубопроводу к воздуху в помещении, где он расположен. Проверить правильно ли распоряжение стажера. Если неправильно, то в чем заключается ошибка? Дайте обоснованное доказательство ответа.
8. Экспериментальное исследование теплообмена при поперечном омывании дымовыми газами коридорного пучка труб позволило получить эмпирическое уравнение: a=0,217×W0,65 ×l2/(d 0,35×nг0,65 ). Представить уравнение в безразмерном (критериальном) виде.
4.13 Основные понятия и определения
Абсолютно белое тело – тело, которое отражает все падающие на него лучи.
Абсолютно прозрачное тело – тело, которое пропускает все падающие на него лучи.
Абсолютно черное тело – тело, которое полностью поглощает все падающие на него лучи.
Диатермичные тела – см. абсолютно прозрачные тела.
Излучательная способность – полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности тела.
Изотермическая поверхность – геометрическое место всех точек с одинаковой температурой.
Интенсивность излучения – излучательная способность тела, отнесенная к интервалу длин волн.
Капельная конденсация пара – образование капель конденсата на несмачиваемой поверхности.
Квантовый механизм переноса – перенос путем излучения и поглощения элементарных частиц (квантов).
Конвективный механизм переноса – перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.
Коэффициент теплоотдачи – показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1 м2 поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 м2 к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой в 1 К.
Коэффициент теплопередачи – показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за одну секунду через 1 м2 разделяющей теплопроводящей стенки при разности температур между теплоносителями в 1 К.
Коэффициент теплопроводности – показывает, какое количество теплоты проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на один градус на единицу длины нормали к изотермической поверхности.
Критерии теплового подобия:
Критерий Фурье – характеризует условия подобия неустановившихся процессов теплоотдачи;
Критерий Пекле – характеризует соотношение между интенсивностью переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в движущемся потоке;
Критерий Прандтля – характеризует вязкостные и температуропроводные свойства теплоносителя; связь скоростного и температурного полей;
Критерий Нуссельта – характеризует интенсивность перехода теплоты на границе раздела фаз. Характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью (т.е. теплоотдачей) к теплоте, передаваемой теплопроводностью;
Критерий Грасгофа – характеризует соотношение сил трения, инерции и подъемной силы, обусловленной различием плотностей в отдельных точках неизотермического потока;