Задача 1.Определить средний коэффициент теплоотдачи от стенки трубок конденсатора к охлаждающей воде, если температура воды на входе в конденсатор tж1 = 18 °C, а на выходе tж2 = 22 °C. Скорость воды в трубах V = 2 м/с, а средняя температура стенок труб, контактирующих с водой tст = 30 °C. Внутренний диаметр трубок d = 16 мм = 0,016 м.

Решение всех задач конвективного теплообмена необходимо начинать с определения теплофизических параметров теплоносителя. В качестве определяющей принимает среднюю температуру воды в конденсаторе:

1

Из таблиц теплофизических параметров определяем при температуре теплоносителя tжср = 20 °C коэффициент теплопроводности воды lж = = 0,6 Вт/(м·град), коэффициент кинематической вязкости воды n = 1·106 м2/c, критерий Прандтля Pr = 7,02, а также значение критерия Прандтля воды при температуре стенки Prс = 5,42.

Далее определяем режим движения воды, для чего рассчитываем величину критерия Рейнольдса:

2

Значит режим движения турбулентный, и для расчета теплоотдачи можно воспользоваться классической формулой (13.14)

3

Отсюда определяем значение среднего коэффициента теплоотдачи:

4

Задача 2.В теплообменнике типа «труба в трубе» в кольцевом канале движется вода со скоростью V = 3 м/с. Средняя температура воды tж = 40 °C, средняя температура стенки tс = 70 °C. Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и тепловую мощность теплообменника, если длина трубы L = 1,4 м; d2/d1 = 26 мм / 20 мм.

Определяем теплофизические параметры воды:

l = 0,64 Вт/(м2·град); n = 0,66·10-6 м2/с; Prж = 4,31; Prс = 2,55.

Определяем режим движения воды:

5

Здесь d — определяющий размер. Для кольцевого зазора в качестве определяющего размера принимается разность диаметров, образующих зазор, d = d2 — d1 = 0,026 — 0,020 = 0,006 м.

Режим движения — турбулентный. Для расчета теплоотдачи можно использовать зависимость (3.15):

6

Отсюда средний коэффициент теплоотдачи:

7

Тепловая нагрузка теплообменника:

Q = α * F * Δt, Вт,

где F — площадь теплопередающей поверхности, м2,

F = πd1 * L = 3,14 * 0,020 * 1,4 = 0,088 м2;

Dt — разность между температурой теплообменной поверхности tс = 70 °C и температурой жидкости tж = 40 °C:

Δt = tc — tж = 70 — 40 = 30 °C.

Q = 1370,5 * 0,088 * 30 = 3618,12 Вт.

Задача 3. По трубе d = 60 мм и длиной l = 2,9 м течёт воздух со скоростью V = 5 м/с. Определить среднее значение теплоотдачи a, если средняя температура воздуха tж = 100 °C.

Определяем теплофизические параметры воздуха при его температуре:

n = 23,13·10-6 м2/с; l = 0,0321 Вт/(м2·град).

Определяем режим движения воздуха:

8

Режим — турбулентный. Для расчета теплоотдачи используем упрощенную зависимость (13.141):

Nu  = 0,018Re0,8 = 0,018 * 129700,8 = 0,018 * 1955 = 35,2,

а так как Nu = α * d/λ, отсюда

9