термодинамический расчет/расчет процессов теплопередачи

При вынужденном обтекании водой плоской вертикальной поверхности применяем уравнение:
Nuвд = 0,037·Reвд0,8·Prвд0,43·= 0,037·6357620,8·2,2950,43·=
= 2314,07
Найдем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке:
αвд = = 648,42 Вт/(м2·К)
Примем tст2 = tст1 = 76,5 ºС.
Найдем коэффициент Грасгофа для потока воздуха:
Gr = ·(tст2 – tвз),
где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения, на поверхности Земли;
l0 – определяющий характерный линейный размер поверхности теплообмена, принимаем высоту стенки AD, м;
β – температурный коэффициент объёмного расширения теплоносителя, К-1.
Для газов, при не слишком больших давлениях:
β = = 0,00347 К-1
Отсюда:
Gr = ·(76,5 – 15) = 17923
Gr·Pr = 17923·0,704 = 12618 < 109, значит режим движения ламинарный.
Nuвз=0,7·Grвз0,25 = 0,7·126180,25 = 8,10
αвз = = 0,413 Вт/(м2·К).
Находим коэффициент теплопередачи к:
к = == 0,413 Вт/(м2·К),
где δ – толщина стенки, м;
λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м·К)
Найдем плотность теплового потока:
q = αвз·(tст2 – tвз) = 0,413·(76,5 – 15) = 25,40 Вт/м2
Q = q·F = 25,40·(2,4·0,5) = 30,48 Вт,
где F – площадь поверхности теплопередачи, м2.
Проверка правильности полученного значения к (и, соответственно значений q, Q) проводим с помощью уравнения теплопередачи:
к = ,
где Δtлог – средний логарифмический температурный напор.
Δtлог = =62,2 ºС
Тогда:
к = = 0,408 Вт/(м2·К)
Т.к. расхождения между найденными значениями к равны 1,95%, то дальнейшие уточнения не проводим.
Т.о., плотность теплового потока через стенку равна:
q = к·(tвд ср – tвз) = 0,408·(77,5 – 15) = 25,53 Вт/м2
Полный тепловой поток равен:
Q = q · F = 25,53·2,4·0,5 = 30,63 Вт.

2. Определим изменение коэффициента теплопередачи при увеличении коэффициента теплоотдачи от воды к стенке в 1,5 2 и 4 раза.
к = == 0,41276 Вт/(м2·К),
к1 = == 0,41285 Вт/(м2·К),
к2 = == 0,41290 Вт/(м2·К),
к3 = == 0,41297 Вт/(м2·К),
3. Определим изменение коэффициента теплопередачи при увеличении коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху в 1,5 2 и 4 раза;
к4 = == 0,61892 Вт/(м2·К),
к5 = == 0,82492 Вт/(м2·К),
к6 = == 1,64742 Вт/(м2·К),
4. Определим мзменение коэффициента теплопередачи при замене стенки на алюминиевую, медную.
λал = 204 Вт/(м·К)– коэффициент теплопроводности алюминия;
λмедь = 385 Вт/(м·К)– коэффициент теплопроводности меди.
к7 = == 0,41280 Вт/(м2·К),
к8 = == 1,41280 Вт/(м2·К),
5. Результаты расчётов представим в виде графиков к=f1(λст), к=f2(αвд); к=f3(αвз).

Рисунок 4

Рисунок 5


Рисунок 6
Как видно из графиков, значительное влияние на изменение коэффициента теплопередачи оказывает только изменение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху, значить для интенсификации процесса теплопередачи, следует проводить действия, оказывающие влияние именно на этот коэффициент (например, изменять скорость движения воздуха)











1