3 ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 3.1 Курс лекций 3.2 Лабораторный практикум

3 ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1 Курс лекций
Не предусмотрен
3.2 Лабораторный практикум
Не предусмотрен
3.3 ПРАКТИКУМ
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
1. Трубу с кипящим холодильным агентом диаметром 30мм необходимо покрыть тепловой
изоляцией, толщина которой по конструктивным соображениям не должна превышать
10мм. Коэффициент внешней теплоотдачи α=4 Вт/(м2∙К). Подберите материал изоляции
для снижения тепловых потерь в два раза и покажите график распределения температуры
по направлению теплообмена.
2. Вдоль металлической стенки аппарата с обеих сторон движутся турбулентные потоки двух
жидкостей. Коэффициент теплоотдачи с одной стороны α1 =230, а с другой α2= 400Вт/(м2∙К). Во сколько раз увеличится передаваемый через стенку тепловой поток,
если при прочих равных условиях, скорость первого потока жидкости возрастет в два
раза? Термическое сопротивление стенки можно не учитывать.
3. На внутренней поверхности котельной площадью 300м 2 кирпичной стенки толщиной
0,5м поддерживается температура 18°C. Для этого используется топка, к.п.д. которой
60%. Стенка утеплена слоем пробковой изоляции толщиной 0,055м (λп= =0,05Вт/м∙К).
Теплота сгорания топлива 43МДж/кг. Температура наружного воздуха минус 25°С, а
коэффициент теплоотдачи α2 =6Вт/(м2∙К). Определите потерю тепла через стенку Q, Вт,
температуру на поверхности изоляции, расход топлива т т .
4. Стальной трубопровод диаметром d= 30х2мм и длиной L=100M необходимо покрыть изоляцией для снижения тепловых потерь не менее, чем в два раза. По трубопроводу движется вода со скоростью 0,4м/с, температура ее на входе t1=90°C. Температура окружающего воздуха t2=25°C, а коэффициент теплоотдачи α2=10Вт/(м2∙К). Подберите тепловую
изоляцию λиз и толщину покрытия (δиз). Покажите график распределения температуры.
5. В приборе для определения коэффициента теплопроводности жидкостей по методу нагретой нити» диаметр и длина платиновой нити 0,15 и 80 мм соответственно; диаметр
трубки из кварцевого стекла (λс=0,74Вт/м∙К), по оси которой натянута нить, 3x1 мм. Определите коэффициент теплопроводности λ и среднюю температуру tм масла, заполняющего кольцевой зазор между нитью и трубкой, если при прохождении тока 0,636А
электросопротивление нити 6,7 Ом, температура внешней поверхности трубки 35°С, а
нити 132°С. Объясните сущность метода.
6. Медный электропровод диаметром 10мм, покрытый резиновой изоляцией (λ=0,15Вт/м∙К)
толщиной 1,5 мм, охлаждается потоком воздуха с коэффициентом теплоотдачи
α=13Вт/(м2∙К); температура воздуха 15°С. Определите допускаемую силу тока I в проводе
(электросопротивление эл = 0,017Ом∙мм2/м) при условии, что максимальная температура
изоляции составляет 70°С. Найдите критический диаметр изоляции и покажите путь
16
снижения температуры изоляции.
7. Известно, что при работе холодильной машины температура наружной поверхности ее
стального (λ=40Вт/м∙К) трубопровода диаметром 130х7мм равна 0°С и минус 3°С соответственно при отсутствии и наличии внешней изоляции. Материал изоляции стекл овойлок (λ=0,046Вт/м∙К) имеет толщину 5мм. Определите температуру протекающего по
трубе кипящего теплоносителя и тепловые потери Q, Вт/м, при отсутствии и наличии
изоляции, если температура окружающего воздуха 30°С, а коэффициент теплоотдачи
2=12Вт/(м2∙К).
8. Для измерения температуры воздуха, движущегося по каналу, установлена термопара,
показание которой tm=400°С. Степень черноты спая термопары =0,8, а температура стенок канала tc=З00°С. Коэффициент теплоотдачи между воздухом и спаем термопары
α=40Вт/(м2∙К). Определите ошибку в показании термопары и температуру воздуха вблизи
термопары.
9. Определите плотность теплового потока q, Вт/м2, через воздушную прослойку толщиной
8мм кирпичной обмуровки парогенератора, если температура внутренних обмуровочных поверхностей tc1=450°С и tc2=300°С, а степень черноты  =0,93.
10. Вода с начальной температурой 90°С входит в горизонтальную трубу диаметром 20х1мм
и охлаждается; ее расход G=270кг/час. Найдите длину трубы L, на выходе из которой вода будет иметь температуру 30°С, если средняя температура стенки tc=20°С.
11. Определите мощность электронагревателя w, необходимую для поддержания температуры
tc=20°C на поверхности стального контейнера пороховой ракеты (цилиндр длиной L=5м
и диаметром d=1м), расположенного горизонтально в закрытом ангаре. Температура
окружающего воздуха t=-З0°С, а стенок ангара ta=-33˚С.
12. Определите тепловой поток от стального паропровода, проложенного горизонтально
внутри цехового помещения, стенки которого имеют температуру tм =25°С. Наружный
диаметр трубопровода d= 150мм, длина 200м. По трубопроводу течет влажный водяной пар
давлением 1МПа. Температура воздуха в цехе 27°С. Степень черноты поверхности паропровода =0.8.
13. Медный электрический провод диаметром 10мм, покрытый резиновой изоляцией
(λи=Вт/(м∙К) толщиной 1,5мм, охлаждается поперечным потоком воздуха, имеющим температуру 20°С и скорость 1м/с. Определить допускаемую силу тока I в электропроводе
(удельное электрическое сопротивление эл =0,017Ом∙мм2/м) при условии, что максимальная температура изоляции составляет 70°С.
14. Металлическая стенка аппарата с одной стороны омывается горячим газом, а с другой
- охлаждается кипящей водой. Для интенсификации теплопередачи выполнено «рациональное» оребрение. Определите плотность теплового потока через стенку с оребрением
и при его отсутствии, если tгаз =1400°С, температура кипения tкип = 120°C, коэффициенты теплоотдачи соответственно α2=500Вт/(м2∙К) и αк=3000Вт/(м2∙К), толщина стенки 3мм
(λс=20Вт/(м∙К)). Степень эффективности ребер Е=1. Найдите степень рационального оребрения и покажите график распределения температуры.
15. Определите потери тепловой мощности Q, Вт, паропроводом диаметром 0,1м, длиной
20м при движении по нему насыщенного водяного пара давлением 2,8МПа; температура
окружающего воздуха 30°С, а коэффициент теплоотдачи α2=9Вт/(м2∙К). Двухслойная изоляция паропровода изготовлена из ньювеля (λ1=0,08Вт/м∙К, δ1=0,02м) и асбозурита
17
(λ2=0,15Вт/м∙К, δ2=0,03м). Покажите график распределения температуры при указанном
и измененном порядках наложения слоев изоляции.
16. Кипящая вода воспринимает теплоту от дымовых газов парогенератора через стальную
стенку толщиной 15мм. Температура газов 900°С, температура воды 200°С, коэффициенты теплоотдачи равны соответственно 120 и 2300Вт/(м2∙К), коэффициент теплопроводности стали λ=48Вт/(м∙К). Постепенное отложение сажи (λс=0,12Вт/(м∙К)) и накипи
(λн=1,3Вт/(м∙К)) привело к снижению плотности теплового потока в 2,2 раза и к повышению температуры стенки на 60°С. Определите толщину слоев сажи и накипи, вычислите плотность теплового потока q и коэффициент теплопередачи к.
17. Определите потери тепла стальным паропроводом (λ=45Вт/(м∙К)) диаметром d=20х2мм
и длиной L=50м, если он покрыт слоем изоляции из асбеста (λ=0,15 Вт/(м∙К)) толщиной
δ=15мм. По трубопроводу течет насыщенный водяной пар, давление которого 30 бар.
Температура окружающего воздуха 27°С, а коэффициент теплоотдачи α2=5,8Вт/(м2∙К).
Определите потери тепла трубопроводом без изоляции, проанализируйте ситуацию и покажите график распределения температуры.
18. В латунную трубку диаметром 14x1мм подается насыщенный водяной пар при атмосферном давлении в количестве G=0,001 кг/с. Определите длину трубки для полной
конденсации пара, если труба снаружи охлаждается проточной жидкостью со средней
температурой t2 =30°С и коэффициентом теплоотдачи α2=120Вт/(м 2 ∙К).
19. В теплообменнике воздух в количестве 0,5 кг/с охлаждается от 170 до 60°С водой, которая подается насосом. Температура воды на входе в насос 18°С, а на выходе из
теплообменного аппарата 42°С, давление воды в аппарате снижается на 0,7бар. Коэффициент теплопередачи аппарата k=30(Вт/м2∙К). Определить температуру воды после насоса и его мощность NH, если к.п.д. насоса  н =0,7, тепловую нагрузку Q аппарата и
потребную поверхность теплообмена F.
20. Трубчатый воздухоподогреватель производительностью 15т/час изготовлен из труб диаметром 20хЗмм. Внутри течет горячий газ со средней температурой 300°С. Воздух подогревается от 27 до 420°С. Трубки выполнены из стали (λ=23Вт/(м∙К)). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1=70Вт/(м2∙К), a от стенки воздуху α2=40Вт/(м2∙К). Определите
поверхность нагрева F подогревателя и оцените погрешность расчета для плоской эквивалентной стенки.
18