Примеры к разделу

«Конвективный теплообмен в вынужденном и свободном

потоках жидкости»

Пример 1. Определить коэффициент теплоотдачи и количество переданной теплоты при течении воды в горизонтальной трубе диаметром м и длиной м, если скорость м/с; температура воды ; температура стенки трубы .

Р е ш е н и е. 1. При имеем следующие физические свойства воды: Вт/м·К; м²/с; К^-1; . При К .

2. При этих значениях физических параметров воды (жидкости) получаем:

; ; ;

Температурный напор: и число Грасгофа

; .

3. Режим теплоотдачи будет вязкостно-гравитационный, так как

.

Применяем уравнение подобия для среднего значения числа Нуссельта и вязкостно-гравитационного режима теплоотдачи:

4. Коэффициент теплоотдачи рассчитываем из формулы для числа Нуссельта:

Вт/м∙К.

5. Проверяем отношение . Следовательно, поправку вводить не следует.

6. Количество передаваемой теплоты через всю трубу (формула Ньютона-Рихмана)

Вт.

Пример 2. Определить коэффициент теплоотдачи воздуха, протекающего со скоростью м/с к стенке прямой трубы диаметром м и длиной м. Средняя температура воздуха

.

Р е ш е н и е. 1. Физические параметры воздуха при заданной температуре:

; Вт/м∙К; м²/с.

Для определения режима течения и теплоотдачи определим число Рейнольдса:

.

2. Режим течения развитый турбулентный и для воздуха используем формулу

откуда для коэффициента теплоотдачи получаем:

Вт/м²∙К.

3. Проверяем отношение . Следовательно, необходимо ввести поправку на неустановившийся режим течения (используем табличные данные): = 1,13. С поправкой коэффициент теплоотдачи будет равен

Вт/м²∙К.

Пример 3. Гладкая пластина шириной 1,5 м и длиной м обтекается продольным потоком воздуха с температурой К и со скоростью м/с. Вычислить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток , если температура поверхности плиты К.

Р е ш е н и е. 1. Физические параметры воздуха при заданной температуре

К; Вт/м∙К; м²/с; .

2. Режим течения развитый турбулентный и при течении воздуха у поверхности пластин используем формулу:

.

3. Для коэффициента теплоотдачи получим

Вт/м² ∙К.

4. Количество теплоты

Вт.

Пример 4. Определить передачу теплоты при свободной конвекции от вертикального голого трубопровода диаметром мм и высотой м воздуху. Температура стенки К, температура воздуха К.

Р е ш е н и е. 1. Физические параметры воздуха при заданной температуре

К; Вт/м∙К; м²/с; ; .

2. Среднее значение числа Нуссельта рассчитаем по формуле для свободной конвекции вдоль вертикальной стенки:

.

Рассчитаем число Грасгофа

,

где принято .

.

3. Коэффициент теплоотдачи

.

4. Количество теплоты

Вт.