6.3 Задачі для самостійної роботи

Задача 6.3.1. Для зменшення променистого теплового потоку від топкової камери в приміщення котельної між стінкою камери із шамотної цегли і зовнішньою обшивкою із листової сталі установлюють екран. Визначити, з яким ступенем чорноти має бути екран для того, щоб температура зовнішньої обшивки не перевищувала 50 ^оС за умови, що температура шамотної кладки 150 ^оС, а тепловий потік має не перевищувати 200 Вт/м². Визначити також температуру екрана.

Задача 6.3.2. В печі розмірами 2,536 м температура газів становить 400 оС. Гази містять 10% СО2; 7% Н2О за об’ємом. Визначити питомий тепловий потік випромінюванням до поду печі, якщо температура поду 180 оС, а ступінь чорноти 0,9.

Задача 6.3.3. Визначити втрати теплоти від паропровода в приміщення з температурою 25 оС, якщо діаметр паропровода 150 мм, ступінь його чорноти 0,6, довжина 25 м, а температура зовнішньої поверхні 150 оС.

Задача 6.3.4. Електронагрівник у вигляді дроту діаметром 0,5 мм споживає потужність 400 Вт. Ступінь чорноти дроту 0,85, а температура огородження нагрівача 15 оС. Визначити температуру дроту без урахування конвективного теплообміну.

Задача 6.3.5. Між двома сталевими плоскими листами з температурами 450 і 100 оС розташований екран із окисленої латуні. Визначити температуру екрана і променистий тепловий потік, а також як зміняться ці величини в разі встановлення екрана із хрому.

Задача 6.3.6. На відстані 0,4 м одна від одної розташовані дві пластини однакової ширини по 0,8 м. Більш нагріта пластина із окисленої міді має температуру 600 оС і передає 2516 Вт/м2 другій пластині з окисленої сталі. Визначити температуру поверхні сталевої пластини.

Задача 6.3.7. Стінка трубопроводу діаметром 400 мм нагріта до 527 оС. Трубопровід розміщений в каналі розмірами 600800 мм, поверхня якого має температуру 127 оС. Визначити променистий тепловий потік, якщо ступінь чорноти трубопроводу і каналу 0,75 і 0,5, відповідно.

Задача 6.3.8. Труба із окисленої сталі діаметром 100 мм і довжиною 5 м оточена екраном із окисленого алюмінію діаметром 120 мм. Визначити, в скільки разів зменшиться променистий тепловий потік за умови, що температури труби і зовнішнього середовища залишаються сталими.

Задача 6.3.9. По ніхромовому дроту діаметром 1 мм проходить електричний струм силою 8 А. Визначити температуру дроту, якщо температура довкілля 10 оС, а питомий електричний опір дорівнює 1,1·10-6 Ом·м. Конвективною тепловіддачею знехтувати.

Задача 6.3.10. Горизонтальний паропровід із окисленої сталі діаметром 300 мм і довжиною 10 м має температуру зовнішньої поверхні 507 ^оС. Паропровід прокладений в приміщенні віддалік від стін. Визначити коефіцієнт променисто-конвективного теплообміну і теплові втрати, якщо температура довкілля 27 ^оС.

Задача 6.3.11. На стінках топкової камери (furnace) установлений однорядовий екран із сталевих труб діаметром 70 мм і з кроком між трубами 100 мм. Визначити променистий тепловий потік, якщо температура стінки 1100 ^оС, температура поверхні труб 607 ^оС, а ступінь чорноти стінки 0,85.

Задача 6.3.12. Дві горизонтальні труби з окисленої сталі діаметром 300 і 150 мм і довжиною 30 м мають однакову температуру 407 ^оС. Визначити втрати теплоти за рахунок вільної конвекції та променистого теплообміну, якщо температура зовнішнього повітря 27 ^оС.

Задача 6.3.13. Температури двох сталевих пластин дорівнюють 327 і 127 ^оС, відповідно. Відстань між пластинами 0,3 м. Визначити питомий променистий тепловий потік, а також як він зміниться, якщо між пластинами встановити екран зі ступенем чорноти 0,08.

Задача 6.3.14. Визначити променистий тепловий потік між двома чорними дисками, розташованими в паралельних площинах на відстані 0,5 м. Температура першого диска 527 ^оС, а другого 207 ^оС. Диски однакових діаметрів d₁=d₂=0,5 м.

Задача 6.3.15. За умовами задачі 6.3.14 визначити, як зміниться променистий тепловий потік в разі збільшення діаметра менш нагрітого диска в 2 рази за умови сталих інших параметрів.

Задача 6.3.16. За умовами задачі 6.3.14 визначити, як зміниться променистий тепловий потік в разі зменшення відстані між дисками в 2 рази за умови незмінних інших параметрів.

Задача 6.3.17. Визначити променистий тепловий потік від димових газів до поверхні циліндричного газоходу діаметром 0,5 м. Гази містять 12% СО₂ і 5% Н₂О. Тиск газів 100 кПа, температура газів на вході та на виході з газоходу 800 і 600 ^оС, відповідно. Середня температура стінок газоходу (gas main) 380 ^оС, а ступінь чорноти 0,85.

Задача 6.3.18. Визначити променистий коефіцієнт тепловіддачі від потоку газів до поверхні труб пароперегрівника діаметром 38 мм. Труби розташовані в шаховому порядку з кроками S₁ = S₂ = 2d. Температура газів на вході в пароперегрівник 1000 ^оС, а на виході з нього 787 ^оС. Середня температура стінки труби 487 ^оС, а її ступінь чорноти 0,8. Гази містять 10% СО₂ і 5% Н₂О. Загальний тиск газів 100 кПа.

Задача 6.3.19. За умовами задачі 6.3.18 визначити променистий коефіцієнт тепловіддачі, якщо S₁ = S₂ = 1,7d, вміст СО₂ – 14%, вміст Н₂О – 7%, а інші дані залишаються незмінними.

Задача 6.3.20. В нагрівальній печі (heating stove), об’єм якої 12 м³ температура газів стала і дорівнює 1200 ^оС. Поверхня огородження складає 28 м². Загальний тиск 100 кПа. Гази містять 12% СО₂ і 6% Н₂О. Визначити ступінь чорноти газової суміші та власне випромінювання продуктів згорання.

Задача 6.3.21. На стінках топкової камери розташований однорядний екран із труб діаметром 80 мм з кроком між трубами 110 мм. Визначити питомий променистий тепловий потік, якщо ступені чорноти стінок і труб 0,85 і 0,75, відповідно, температури стінок і труб 1273 К і 723 К.

Задача 6.3.22. За умови задачі 6.3.20 визначити променистий коефіцієнт тепловіддачі, якщо парціальні тиски двоокису вуглецю і водяної пари становлять 1·10⁴ Па, а всі інші значення залишилися без змін.

Задача 6.3.23. Електронагрівник води являє собою циліндр діаметром 1 м і висотою 2 м з окисленою сталевою поверхнею. Він установлений в приміщенні розмірами 4106 м. Температура повітря та стін в приміщенні 20 ^оС. Визначити променистий і конвективний коефіцієнт тепловіддачі та втрати теплоти нагрівачем, якщо температура його поверхні 70 ^оС.

Задача 6.3.24. В каналі із полірованої сталі внутрішнім діаметром 160 мм співвісно розташований трубопровід із полірованої латуні діаметром 80 мм. Між каналом і трубопроводом розташовують циліндричний екран із полірованого алюмінію. Визначити, в скільки разів зменшиться променистий тепловий потік від труби до стінок каналу, якщо температура труби 327 ^оС, а температура каналу 47 ^оС.

Задача 6.3.25. Визначити, в скільки разів зменшиться променистий тепловий потік між двома паралельними пластинами, якщо між ними установити два екрани із полірованого алюмінію. Одна пластина сталева, а інша – латунна.

Задача 6.3.26. Визначити променистий тепловий потік від димових газів до поверхні квадратного перерізу розмірами 300300 мм. Середня температура газів 600 ^оС, температура стінки 300 ^оС. Ступінь чорноти газоходу 0,8. Гази містять 16% СО₂ і 5% Н₂О. Тиск газів 100 кПа.

Задача 6.3.27. Паропровід зовнішнім діаметром 150 мм проходить в приміщенні з температурою 17 ^оС. Визначити теплові втрати за рахунок конвективного і променистого теплообміну, якщо ступінь чорноти паропроводу 0,8, а довжина 15 м.

Задача 6.3.28. Сталева труба діаметром 70 мм і довжиною 10 м має температуру поверхні 250 ^оС. Труба розташована в бетонному каналі з перерізом 150150 мм. Визначити променистий тепловий потік, якщо температура стінок каналу складає 40 ^оС.

Задача 6.3.29. Електричний струм проходить по ніхромовому дроту діаметром 2 мм і нагріває його до температури 447 ^оС. Сила струму дорівнює 20 А, а опір дроту – 0,85 Ом. Дріт охолоджується як за рахунок променистого теплообміну, так і за рахунок конвективного теплообміну. Визначити променистий та конвективний коефіцієнти тепловіддачі та загальний питомий тепловий потік, якщо температура повітря 20 ^оС.

Задача 6.3.30. Визначити променистий коефіцієнт тепловіддачі від потоку газів до поверхні труб теплообмінника діаметром 22 мм. Труби сталеві, розташовані в шаховому порядку з кроками S₁ = S₂ = 1,7d. Середня температура газів в теплообміннику 477 ^оС, а температура стінок труб 277 ^оС. Гази містять 17% СО₂ і 7% Н₂О. Тиск газів 100 кПа.

Задача 6.3.31. За умовами задачі 6.3.30 визначити, як зміниться променистий коефіцієнт тепловіддачі в разі збільшення діаметра труб до 30 мм і об’ємного вмісту газів: СО₂ – 12%, Н₂О – 8%.