по Строительная физика (стр. 1 из 2)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Кафедра промышленного и гражданского строительства,
теплогазоснабжения и вентиляции
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Строительная физика»
Вариант №10
Выполнил:
Проверил:
_________________________ 2011
Задание:
В теплообменном аппарате вертикальная плоская стенка толщиной δ = 3,5 мм, длиной l = 1,4 м и высотой h = 0,91 м выполнена из стали с коэффициентом теплопроводности λс = 50 Вт/(мК) (рис. 1). С одной стороны она омывается продольным вынужденным потоком горячей жидкости (воды) со скоростью w = 0,52 м/с и температурой tж1 = 90 ºС (вдали от стенки), с другой стороны – свободным потоком атмосферного воздуха с температурой tж2 =11ºС.
λc
tж1 tж2
q h
δ l
Требуется:
1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов занести в таблицу. Лучистым теплообменом пренебречь из-за малых значений
и 
.2. Провести расчетное исследование вариантов интенсификации теплопередачи при неизменной разности температур между горячим и холодным теплоносителями.
2.1. Определить коэффициент теплопередачи при:
а) увеличении в 5, 10, 15 раз коэффициентов теплопередачи α1, α2 и поверхности стенки F как со стороны горячей жидкости (
), так и со стороны воздуха ( 
) .б) замене стальной стенки на латунную (
) , алюминиевую ( 
) и медную ( 
) с коэффициентами теплопроводности соответственно 
, 
, 
.Результаты расчетов занести в таблицу.
2.2. Определить степень увеличения коэффициента теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов σi по формуле:
, где K, Ki – коэффициенты теплопередачи до и после интенсификации теплопередачи.Результаты расчетов свести в таблицу.
2.3. Обозначив степень изменения варьируемых факторов через z, построить в масштабе (на одном рисунке) графики:
, 
, 
, 
, 
.2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.
Решение:
1. Для нахождения коэффициентов теплоотдачи α необходимо выбрать уравнения подобия и найти числа подобия.
При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть использовано следующее уравнение подобия:
;Для воды при температуре 90ºС характерны следующие параметры:
; 
; 
; 
; 
=> с = 0,037; n1 = 0,8; n2 = 0,43;Зададимся температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой
и нагреваемой 
сред. Учитывая рекомендации (для металлических стенок в первом приближении можно принять 
; температура стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны которой α выше; при вынужденном движении величина α обычно значительно больше, чем при свободном), выбираем 
.При температуре 85ºС
. 
;При свободном движении (естественной конвекции) вдоль вертикальных поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:
;Для воздуха при температуре 11ºС характерны следующие параметры:
; 
;а при температуре 85ºС
. 
; 
; 
; 
;Коэффициенты теплоотдачи:
; 
;Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки:
;Плотность теплового потока:
;Проверка правильности принятия для температур
и для расчета: 
; 
;Отклонения:
=> допустимо; 
=> допустимо;Таблица 1
Результаты расчета
| α1, Вт/(м2К) | α2, Вт/(м2К) | 1/ α1, м2К/Вт | 1/ α2, м2К/Вт | δ/λс, м2К/Вт | R, м2К/Вт | K, Вт/(м2К) | q, Вт/(м2К) |
| 3504,137 | 7,316 | 0,000285 | 0,1367 | 0,00007 | 0,137 | 7,297028 | 576,47 |
2.1.Коэффициенты теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов:
; 
; 
; 
; 
; 
Таблица 2
Результаты расчета
 |  |  |  |  |  |  |  | ||||||
| 7,309205 | 7,31073 | 7,311238 | 7,309205 | 7,31073 | 7,311238 | 36,11057 | 71,30609 | ||||||
| Вт/(м2К) | |||||||||||||
 |  |  |  |  |  |  | |||||||
| 105,6209 | 36,11057 | 71,30609 | 105,6209 | 7,298929 | 7,299834 | 7,300283 | |||||||
| Вт/(м2К) | |||||||||||||
2.2. Степень увеличения коэффициента: