4.3 Задачі для самостійної роботи

Задача 4.3.1. Труба з діаметрами 50/45 мм і довжиною 3 м обдувається поперечним потоком повітря, швидкість якого 11 м/с, а температура 20 ^оС. Визначити тепловий потік, якщо: середня температура стінки 60 ^оС. Визначити також як зміниться коефіцієнт тепловіддачі в разі повздовжнього обтікання труби повітрям.

Задача 4.3.2. Трубу з діаметрами 25/22 мм обтікає потік води під кутом до осі труби φ = 45о. Визначити лінійний тепловий потік, якщо швидкість води 6 м/с, температура води 50 оС; температура внутрішньої поверхні труби 10 оС; теплопровідність матеріалу труби 40 Вт/(м·К).

Примітка. Задачу розв’язувати методом послідовних наближень.

Задача 4.3.3. Димові гази з температурою 50 ^оС поперечно обтікають шаховий пучок труб діаметрами 18/15 мм. Визначити середнє значення коефіцієнта тепловіддачі, якщо кількість рядів труб за рухом повітря 10. S₁ = 2,3d, S₂ = 2d, а температура газів на виході з пучка 300 ^оС.

Задача 4.3.4. Восьмирядовий коридорний пучок труб з діаметрами 22/18 мм омиває поперечний потік води з температурою 30 ^оС і швидкістю 0,6 м/с. Визначити середній коефіцієнт тепловіддачі, якщо: середня температура стінки 40 ^оС; S₁ = 34 мм.

Задача 4.3.5. Повітря з температурою (-10 ^оС) зі швидкістю 12 м/с обтікає шаховий пучок труб з діаметрами 59/50 мм. Визначити коефіцієнти тепловіддачі в разі z = 10; z = 6 і z = 4 рядів труб з кроками S₁ = 160 мм, S₂ = 90 мм.

Задача 4.3.6. Труба зовнішнім діаметром 25 мм охолоджується поперечним потоком води зі швидкістю 1 м/с і температурою 20 оС, а середня температура поверхні 80 оС. Визначити коефіцієнти тепловіддачі в разі поперечного і повздовжнього обтікання труби, якщо довжина труби 3 м.

Задача 4.3.7. Повітряний потік зі швидкістю 2 м/с і температурою 10 оС обтікає електричний дріт діаметром 5 мм під кутом атаки 60о. Визначити коефіцієнт тепловіддачі і силу струму, якщо питомий електричний опір дроту 0,15·10-6 Ом·м, а температура на поверхні 90 оС.

Задача 4.3.8. Визначити коефіцієнт тепловіддачі для 16 рядового шахового пучка труб з круглими ребрами товщиною 1,5 мм, висотою 25 мм і кроком S_р = 10 мм. Димові гази омивають пучок в поперечному напрямку і охолоджуються від 300 ^оС до 200 ^оС. Труби діаметрами 38/34 мм розташовані з кроками S₁ = 120 мм; S₂ = 130 мм. Середня температура поверхні 160 ^оС, а швидкість газів 12 м/с.

Задача 4.3.9. Визначити середній коефіцієнт тепловіддачі в повітроохолоднику в разі поперечного обтікання восьмирядового шахового пучка труб із зовнішнім діаметром 20 мм, якщо: швидкість повітря 13 м/с, середня температура повітря 160 ^оС, а кроки труб складають S₁ = 42 мм; S₂ = 28 мм.

Задача 4.3.10. За умови задачі 4.3.9 визначити коефіцієнт тепловіддачі, якщо пучок труб буде коридорним.

Задача 4.3.11. За умови задачі 4.3.9 визначити середній коефіцієнт тепловіддачі, якщо замість повітря пучок буде омиватись водою зі швидкістю 1,3 м/с, а температура поверхні труб буде дорівнювати 40 ^оС.

Задача 4.3.12. Визначити, яку температуру слід підтримувати на поверхні труби із зовнішнім діаметром 25 мм, щоб питомий тепловий потік дорівнював 80 кВт/м². Труба охолоджується поперечним потоком трансформаторного масла з температурою 20 ^оС зі швидкістю 1 м/с під кутом атаки 70^о.

Задача 4.3.13. Побудувати залежність α = f (w) для повздовжнього обтікання труби діаметром 40 мм водою з температурою 20 ^оС, якщо температура стінки труби 80 ^оС, а швидкості дорівнюють 0,6; 0,8; 1,2; 2 м/с, відповідно.

Задача 4.3.14. За умови задачі 4.3.13 побудувати графік α = f (w) в разі поперечного обтікання труби.

Задача 4.3.15. Побудувати залежність α = f (w) в разі повздовжнього обтікання труби діаметром 50 мм повітрям з температурою 100 ^оС, якщо швидкості повітря складають 5,10, 15 і 20 м/с, відповідно.

Задача 4.3.16. За умови задачі 4.3.15 побудувати графік α = f (w) в разі поперечного обтікання труби димовими газами (smoke gases).

Задача 4.3.17. Димові гази з температурою 900 ^оС поперечно обтікають шаховий пучок труб діаметром 38/32 мм. Визначити середній коефіцієнт тепловіддачі, якщо кількість рядів труб z = 16, температура газів на виході з пучка 600 ^оС, а відносні кроки становлять σ₁ = 2,2; σ₂ = 1,9.

Задача 4.3.18. Циліндричний дріт діаметром 10 мм і довжиною 1,4 м охолоджується поперечним потоком повітря під кутом атаки 60^о зі швидкістю 4 м/с. Визначити тепловий потік і допустиму силу струму за умови, що температура повітря 10 ^оС, температура дроту не повинна перевищувати 80 ^оС, а питомий електричний опір 0,5·10^-6 Ом·м.

Задача 4.3.19. За умови задачі 4.3.18 визначити, яким буде коефіцієнт тепловіддачі, якщо діаметр дроту буде 5 мм, а швидкість повітря 8 м/с.

Задача 4.3.20. Десятирядовий коридорний пучок труб діаметрами 30/26 мм омиває потік води з температурою 80 ^оС і швидкістю 1,2 м/с. Визначити середній коефіцієнт тепловіддачі, якщо середня температура стінки 110 ^оС, а S₁ = S₂ = 2d.

Задача 4.3.21. Визначити коефіцієнт тепловіддачі для 12-рядового шахового пучка труб з квадратними ребрами товщиною 1 мм, висотою 20 мм і кроком між ребрами 15 мм. Повітря омиває пучок в поперечному напрямку і нагрівається від 20 до 120 ^оС. Ребра закріплені на трубах діаметрами 42/38 мм, швидкість повітря 12 м/с.

Задача 4.3.22. За умови задачі 4.3.21 визначити коефіцієнт тепловіддачі в разі омивання пучка водою, якщо температура стінки 260 ^оС, а швидкість води 0,85 м/с.

Задача 4.3.23. Пучок труб діаметром 30 мм і довжиною 5 м омивається димовими газами з температурою 500 ^оС, які рухаються вздовж труб зі швидкістю 16 м/с. Визначити середній коефіцієнт тепловіддачі, якщо S₁ = S₂ = 2,3d.

Задача 4.3.24. Визначити, яку температуру необхідно підтримувати на поверхні труби діаметром 33 мм для того, щоб питомий тепловий потік становив 60 кВт/м². Труба охолоджується поперечним потоком води зі швидкістю 1,8 м/с і температурою 30 ^оС.

Задача 4.3.25. Порівняти середні значення коефіцієнтів тепловіддачі десятирядних шахових пучків труб, які обтікаються поперечним потоком повітря зі швидкістю 12 м/с і з температурою 130 ^оС. Діаметри труб дорівнюють 50 і 20 мм, відповідно, а кроки складають S₁ = S₂ = 2d.