Przykładowe kolokwia

Przykładowe kolokwium dla kursu
Wymiana ciepła i wymienniki – ćwiczenia
Grupa A
Zad. 1. Szklanym rurociągiem o średnicy zewnętrznej dz = 56 mm i grubości ścianki δ = 3
mm płynie mleko pasteryzowane. Temperatura wewnętrznej ściany rury wynosi 74,5°C.
Temperatura mleka obniża się średnio od 1°C na każde 10 m długości rury przy prędkości
przepływu υ = 0,5 m/s. Współczynnik przewodzenia ciepła szkła λ = 0,74 W/(m °C), ciepło
właściwe mleka c = 3,9 kJ/(kg °C), gęstość mleka ρ = 1030 kg/m3. Obliczyć temperaturę na
zewnętrznej ścianie rury. Odp.: tw = 64,7 °C
Zad. 2. Pozioma rura grzejnika ogrzewania parowego o średnicy d w = 50 mm użebrowana
jest żebrami wykonanymi z blachy stalowej o λ = 46,52 W/m/K, o stałej grubości δ = 2 mm.
Średnica zewnętrzna żebra dz = 150 mm. Podziałka s = 12 mm, długość rury L = 2 m.
Współczynnik wnikania ciepła od powierzchni rury i żeber do otoczenia przyjąć α = 6,978
W/m2/K. Temperatura pary skraplającej się w rurze tf1 = 105 °C, temperatura otaczającego
powietrza tf2 = 18 °C. Pominąć opór cieplny przejmowania ciepła od pary do wewnętrznej
powierzchni rury i przewodzenia przez ściankę rury oraz nie uwzględniać oddawania ciepła
do otoczenia przez powierzchnię czołową żebra. Obliczyć ilość ciepła oddawanego przez
grzejnik do otoczenia. Odp.: 2822,6 W
Zad. 3. Straty cieplne pomieszczenia Q = 2,45 kW. Jakiej długości powinna być rura
grzejnika o średnicy dw/dz = 63/70 mm, jeżeli temperatury wody grzejnej wynoszą:
początkowa tf1 = 90 °C, końcowa tf2 = 70 °C, a temperatura powietrza w pomieszczeniu tot =
20 °C? W obliczeniach pominąć opór cieplny ścianek. Temperaturę ścianki przyjąć
w pierwszym przybliżeniu tw = 75 °C. Odp.: L = 26,5 m
Zad. 4. Obliczyć końcowe temperatury t1k ciekłego ziębnika R22 (c = 1277 J/(kg K), ρ =
1176 kg/m3) i t2k wody oraz obciążenie cieplne Q w przeciwprądowym dwururowym
wymienniku ciepła, którego powierzchnia przenikania ciepła A = 2,3 m2. Współczynnik
wnikania ciepła od strony wody α2 = 2326 W/(m2 K), współczynnik wnikania ciepła od strony
ziębnika α1 = 111 W/(m2 K), strumień masy wody m2 = 1360 kg/h, prędkość ziębnika na
dopływie w1 = 0,565 m/s. Woda na dopływie ma temperaturę t2p = 25°C, ziębnik t1p = 35,6°C.
Ziębnik przepływa wewnątrz rury, woda w przekroju pierścieniowym. Rury są stalowe λ = 39
W/(m K), średnica wewnętrzna rury zewnętrznej D = 51 mm, wewnętrznej dw = 31 mm,
grubość ścianki rury wewnętrznej δ = 3,5 mm. Uwzględnić opór cieplny kamienia osadowego
utworzonego na ścianie rury, δk = 0,5 mm, λk = 1,745 W/(m K). Odp.: Q = 3810 W, t1k =
25,7 °C, t2k = 27,4 °C
Przykładowe kolokwium nr 1 dla kursu
Wymiana ciepła i wymienniki – ćwiczenia
Grupa B
Zad. 1. Para nasycona sucha o temperaturze tf = 190 °C przepływa rurociągiem stalowym (λ
= 45,6 W/m/K) o średnicach dw/dz = 49/57 mm. Rurociąg otulony jest izolacją z waty
żużlowej o przewodności cieplnej λw = 0,07 W/m/K. Obliczyć średnicę zewnętrzną warstwy
izolacyjnej, którą trzeba zastosować, aby strata ciepła z 1 m długości rurociągu nie
przekraczała 70 W, temperatura zewnętrznej powierzchni izolacji zaś wynosiła nie więcej niż
60 °C. Przyjąć, że temperatura na wewnętrznej powierzchni rurociągu równa jest
temperaturze pary. Odp.: diz = 129 mm
Zad. 2. Pomiar temperatury tf strumienia gazu dokonywany jest termoelementem
o konstrukcji w postaci zespawanych dwóch cienkich drutów o średnicy d. Druty są tej samej
długości L/2 = 7,5 mm, mają ten sam współczynnik przewodzenia ciepła λ = 58,15 W/m/K
i są ze sobą zespawane tworząc jeden drut. Końce drutu osadzone są w masywnych
podstawkach, które są chłodzone od wewnątrz, tak że ich temperatura jest jednakowa
i wynosi tp = 50 °C. Obliczyć jaka powinna być średnica drutu, aby błąd w pomiarze
temperatury nie przekraczał 1 °C. Do obliczeń przyjąć tf = 550 °C, α = 1163 W/m2/K. Odp.:
d ≤ 94 μm
Zad. 3. Chłodzenie uzwojeń generatora elektrycznego wielkiej mocy, mających przekrój
przedstawiony na rys. 1 (wymiary w mm) odbywa się przy przepływie powietrza wewnątrz
uzwojenia. W ściankach kanału tworzącego gałąź uzwojenia o długości L = 3 m, wykonanego
z miedzi wydziela się ciepło w ilości 2 W/cm3. Przyjmując, że temperatura gazu na wlocie do
uzwojenia tf1 = 20 °C, średnie ciśnienie gazu p = 6 at, a średnia prędkość gazu U = 60 m/s,
obliczyć średnią wartość współczynnika wnikania ciepła wewnątrz kanału oraz średnią
temperaturę ścianki kanału. Odp.: α = 890 W/m2/K, tw = 48,5 °C
Rys. 1. Rysunek do zadania 3 z grupy B
Zad. 4. Rura stalowa o lekko skorodowanej powierzchni (ε1 = 0,82) i średnicy zewnętrznej
d = 300 mm ma na powierzchni zewnętrznej temperaturę t1 = 300 °C i znajduje się w dużym
pomieszczeniu o temperaturze t2 = 20 °C. Obliczyć stratę ciepła przez promieniowanie dla
1 m przewodu przy podanych założeniach oraz po osłonięciu rury współśrodkowym ekranem
o średnicy d = 500 mm wykonanym z cienkiej polerowanej blachy aluminiowej (ε e = 0,05).
Następnie rozwiązać zadanie przy założeniu, że pomiędzy rurę a ekran wstawiono drugi ekran
o średnicy de’ = 400 mm (εe = 0,05). Odp.: q1-2 = 4419 W/m, q1-e = 218 W/m, q’1-e = 100
W/m