3.3 Задачі для самостійної роботи

Задача 3.3.1. В горизонтальному трубопроводі діаметрами 60/55 мм тече повітря зі швидкістю 5 м/с і температурою 95 ^оС. Температура стінки труби 55 ^оС. Визначити, в скільки разів зміниться коефіцієнт тепловіддачі, якщо в трубі буде протікати вода зі швидкістю 1,25 м/с, а інші умови залишаються сталими.

Задача 3.3.2. Визначити необхідну довжину кільцевого каналу, що утворений трубами діаметрами 60 і 50 мм, якщо підігрів рідини в каналі здійснюється від 10 до 40 ^оС. Середня температура стінки 90 ^оС, а теплофізичні властивості рідини в приграничному шарі мають такі значення: ρ_р = 920 кг/м³; С_р = 3,4 кДж/(кг·К); a_р = 1,26·10^-3 м²/с; ν_р = 2,5·10^-4 м²/с.

Задача 3.3.3. Визначити температуру стінки труби з внутрішнім діаметром 20 мм, в якій рідина підігрівається від 20 ^оС до 40 ^оС, якщо витрата рідини 1,8 м³/год, а теплофізичні властивості рідини такі: ρ_р = 1100 кг/м³;
ν_р = 1,2·10^-4 м²/с; С_р = 4,5 кДж/(кг·К); a_р = 0,32·10^-4 м²/с.

Задача 3.3.4. Конденсатор паротурбінної установки виготовлений із труб зовнішнім діаметром 20 мм. Охолодна вода підігрівається в трубах від 10 до 20 оС, а температура стінки труби 28 оС. Визначити тепловий потік від труби, якщо довжина її 3,4 м, а швидкість води в трубах 1,8 м/с.

Задача 3.3.5. Трансформаторне масло з температурою 90 оС охолоджується, протікаючи вздовж металевої горизонтальної пластини з середньою температурою стінки 20 оС. Визначити тепловий потік до пластини, якщо її розміри 1,23,2 м, а швидкість масла 0,35 м/с.

Задача 3.3.6. В трубі діаметром 10 мм тече вода зі швидкістю 0,4 м/с. Температура внутрішньої стінки труби 50 ^оС. Визначити, яку довжину повинна мати труба в разі підігрівання води від 10 до 20 ^оС.

Задача 3.3.7. Вода зі швидкістю 0,5 м/с тече в трубі діаметром 8 мм і довжиною 1 м. Визначити температуру води на виході з труби, якщо її температура на вході 10 ^оС, а температура стінки 80 ^оС.

Задача 3.3.8. В трубі діаметром 12 мм тече трансформаторне масло, витрата якого 135 кг/год. Визначити яку довжину повинна мати труба для того, щоб початкова температура масла 80 ^оС зменшилась на виході з труби до 75 ^оС, якщо температура стінки становить 40 ^оС.

Задача 3.3.9. В горизонтальній трубі діаметром 14 мм і довжиною 2 м тече вода з витратою 15·10^-3 кг/с. Визначити тепловий потік, якщо середні температури води та стінки труби становлять 30 і 60 ^оС, відповідно.

Задача 3.3.10. У вертикальній трубі знизу уверх тече вода з початковою температурою 20 ^оС і витратою 96 кг/год. Визначити довжину труби за умови, що температура стінки дорівнює 140 ^оС, температура води на виході 70 ^оС, а внутрішній діаметр труби 25 мм.

Задача 3.3.11. В трубчастому економайзері із труб діаметрами 38/32 мм вода підігрівається від 105 до 165 ^оС. Визначити тепловий потік, якщо температура поверхні труби становить 180 ^оС, а швидкість води дорівнює 0,7 м/с.

Задача 3.3.12. В трубі діаметром 36 мм тече вода зі швидкістю 1,5 м/с. Температура стінки труби становить 70 ^оС. Визначити необхідну довжину труби для підігріву води від 10 до 25 ^оС.

Задача 3.3.13. В теплообмінному апараті вода тече в трубах діаметром 40 мм. Тепловий потік від води має становити 450 кВт, а витрата води 12 кг/с. Визначити кількість труб і сумарну їх довжину, якщо температура води на вході в трубу 80 ^оС, а температура внутрішньої стінки труби 70 ^оС підтримується сталою. Швидкість води в трубах 2 м/с.

Задача 3.3.14. Вода з температурою 20 ^оС надходить в трубу діаметром 18 мм і довжиною 3 м. Визначити температуру води на виході з труби, якщо її витрата 0,12 кг/с, а температура внутрішньої поверхні труби 80 ^оС.

Задача 3.3.15. В каналі перерізом аb = 1020 мм і довжиною 2,3 м тече вода зі швидкістю 4 м/с. Визначити тепловий потік, якщо середня по довжині температура води 50 ^оС, а температура стінок каналу 100 ^оС.

Задача 3.3.16. В кільцевому каналі, утвореному трубами з діаметром 32 і 26 мм, рухається вода зі швидкістю 3 м/с. Визначити потужність такого теплообмінника за умови: середня температура води по довжині каналу 50 ^оС; температура зовнішньої стінки труби меншого діаметра 100 ^оС, а довжина труби 2,6 м.

Задача 3.3.17. В трубу водонагрівача з температурою стінки 200 ^оС входить вода з температурою 50 ^оС і підігрівається до температури 130 ^оС. Визначити внутрішній діаметр труби та її довжину, якщо швидкість води 1,5 м/с, а питома теплова потужність поверхні нагріву 400 кВт/м².

Задача 3.3.18. Труба конденсатора діаметрами 32/28 мм і довжиною 3 м має внутрішню температуру стінки 40 ^оС. Охолодна вода в трубі підігрівається від 15 до 22 ^оС. Визначити швидкість води та питомий тепловий потік для турбулентного режиму течії в трубі.

Задача 3.3.19. Вода з початковою температурою 100 ^оС тече в горизонтальній трубі 25/20 мм і охолоджується. Стінка труби має середню температуру 20 ^оС. Визначити довжину труби за умови, що на виході температура води буде становити 40 ^оС, а витрата води дорівнює 275 кг/год.

Задача 3.3.20. Трансформаторне масло охолоджується в спіральному охолоднику з радіусом вигину 200 мм. Труба охолодника з діаметром 40 мм має середню температуру 30 ^оС. Визначити загальну довжину труби і кількість витків охолодника, якщо масло має охолоджуватись від 50 до 20 ^оС, а його витрата 1,1 т/год.

Задача 3.3.21. Повітря з витратою 6 кг/с і середньою температурою 300 ^оС рухається в каналі з перерізом 400800 мм і довжиною 10 м. Визначити тепловий потік, якщо середня температура стінки 150 ^оС.

Задача 3.3.22. Рідина з середньою температурою 40 ^оС має такі теплофізичні властивості: ρ_р = 860 кг/м³; _р = 0,75·10^-3 Па·с; С_р = 1,3 кДж/(кг·К);
λ_р = 0,14 Вт/(м·К). Рідина тече в трубі з внутрішнім діаметром 50 мм зі швидкістю 0,3 м/с. Температура стінки труби становить 70 ^оС. Для цієї температури в’язкість рідини дорівнює _с = 0, 45·10^-3 Па·с. Визначити тепловий потік.

Задача 3.3.23. Нагріту стінку з температурою 150 ^оС обтікає потік повітря зі швидкістю 10 м/с і температурою 10 ^оС. Визначити питомий тепловий потік, якщо висота стінки 4 м. Визначити також місцевий коефіцієнт тепловіддачі і товщину приграничного шару на відстані 1,5 м від початку стінки.

Задача 3.3.24. В трубі з внутрішнім діаметром 20 мм і довжиною 10 м тече гаряча вода з температурою 90 ^оС і швидкістю 1,2 м/с. Визначити тепловий потік, якщо середня температура стінки 80 ^оС.

Задача 3.3.25. Плита розмірами 0,62,5 м обдувається повітрям з температурою 20 ^оС. Визначити тепловий потік, а також як зміниться коефіцієнт тепловіддачі в разі збільшення швидкості повітря від 5 до 10 м/с, якщо температура стінки плити 100 ^оС.

Задача 3.3.26. Визначити середнє значення температури стінки труби діаметром 25 мм і довжиною 3 м, якщо температура води на вході та виході 20 і 50 ^оС, відповідно, а її витрата 3,6 т/год.

Задача 3.3.27. Визначити підігрів рідини в трубі діаметром 12 мм, якщо її початкова температура 20 ^оС, температура стінки 120 ^оС, витрата
1,5·10^-4 м³/с, а теплофізичні властивості рідини становлять: ρ_р = 1100 кг/м³;
_р = 10^-3 Па·с; С_р = 3,8 кДж/(кг·К); Pr_р = 7.

Задача 3.3.28. Визначити довжину кільцевого каналу, утвореного трубами 50 і 38 мм, в якому тече рідина зі швидкістю 0,5 м/с і підігрівається від 20 до 50 ^оС, якщо температура грійної стінки 90 ^оС, а теплофізичні властивості рідини становлять: ρ_р = 990 кг/м³; λ_р = 0,585 Вт/(м·К); _р = 0,8·10^-3 Па·с; Pr_р = 5,5.

Задача 3.3.29. Визначити температуру води на виході зі змійовика, виготовленого із труби діаметром 16 мм з діаметром вигину 300 мм. Температура рідини на вході в змійовик 15 ^оС. Кількість змійовиків 6, а температура грійної стінки 80 ^оС.

Задача 3.3.30. Вертикальна плита висотою 4 м обдувається повздовжним потоком повітрям з температурою 10 ^оС. Визначити коефіцієнт тепловіддачі, якщо температура стінки 120 ^оС, а швидкість повітря 5 м/с. Визначити також, як зміниться коефіцієнт тепловіддачі в разі протікання води зі швидкістю 0,5 м/с за умови сталих температур.