Przedm.obieralny-czV

Przedmiot obieralny
1. Termokinetyka
Zadania
Przedstawione poniżej zadania są formą samosprawdzenia
przyswojonej wiedzy. Spróbuj rozwiązać je samodzielnie.
Jeśli to potrafisz, to nie powinieneś mieć problemów na
kolokwium zaliczającym semestr IX
Przewodzenie
Zadanie 1.1
Osłona termiczna i biologiczna reaktora jądrowego zbudowana jest
z betonu o grubości lb=0,15m i przewodności cieplnej właściwej
lb=1,3 W/(mK), warstwy ołowiu o lo=0,02m i lo=34,9 W/(mK), oraz
warstwy betonu żużlowego o lż=0,4m i lż=0,7 W/(mK). Temperatura
wewnętrznej powierzchni betonu wynosi Twew b=180oC, temperatura
otoczenia To=20oC, a zewnętrzny współczynnik przejmowania ciepła
a=6 W/(m2K).
Obliczyć:
t
gęstość strumienia cieplnego q,
temperaturę warstwy ołowiu Twew o, Tzw o.
180oC
q = 187,2 W/m2
Twew o = 158,4 oC
lb lo
lż
20oC
Twew o= 158,3 oC
Zadanie 1.2
Strop pokoju o powierzchni S=20 m2 wykonany z betonu
o grubości lb=15 cm i przewodności cieplnej właściwej
lb=0,5 W/(mK), zaizolowano warstwą styropianu
grubości ls=10 cm i przewodności cieplnej właściwej
ls=0,05 W/(mK). Obliczyć o ile można zmniejszyć moc P
ogrzewania tego pokoju, przy zachowaniu temperatury w
pokoju Tp=20oC, i temperaturze strychu Ts=0oC.
Współczynniki przejmowania ciepła po obu stronach
stropu przyjąć równe a=10 W/(m2K).
Obliczyć:
o ile zmniejsza się P ?
DP = 640 W
Zadanie 1.3
Na stalowy rurociąg o średnicy wewnętrznej dw=800 mm i
zewnętrznej dzw=820 mm oraz długości L=15 m, od
wewnątrz położono warstwę azbestu laz=5 mm, a
następnie warstwą szamotu o grubości lsz=60 mm.
Temperatura gazów płynących wewnątrz rurociągu
Tg=600oC, temperatura otoczenia To=20oC, współczynniki
przejmowania
ciepła
awew=azw=15
W/(m2K),
przewodności cieplne lFe =78,6 W/(mK), laz =0,163
W/(mK), lsz =0,838 W/(mK).
Obliczyć:
straty cieplne Pst,
Pst = 86 kW
Zadanie 1.4
Para o temperaturze Tp=190oC przepływa rurociągiem o
średnicy dzw=57 mm. Rurociąg otulony jest izolacją o
przewodności cieplnej liz =0,07 W/(mK). Straty ciepła z
1m długości rurociągu powinny wynosić Pl=70 W/m, a
temperatura zewnętrznej powierzchni izolacji Tzw
o
iz=60 C,
Obliczyć:
grubość izolacji liz,
liz = 36 mm
Zadanie 1.5
Długa pozioma rura metalowa z przepływającą gorącą
wodą zakopana jest na głębokość
h=0,6m pod
powierzchnią ziemi. Temperatura wody w rurze wynosi
T1=80 oC, a temperatura gruntu T2=5 oC, Rura ma
średnicę zewnętrzną d=6cm. Przewodność cieplna
właściwa gruntu l=0,7 W/(mK) .
Obliczyć: straty ciepła z 1 m długości rury
P =89,4 W
Konwekcja
Wartości C i n dla konwekcji swobodnej
w układach otwartych
Zakres GrPr
C
n
Rodzaje przejmowania
ciepła
GrPr < 10-3
0.5
0
przewodzenie
10-3 < GrPr < 5*102
1.18
0.125
przepływ laminarny
5*102 < GrPr < 2*107
0.54
0.25
przepływ przejściowy
2*107 < GrPr < 1013
0.135
0.33
przepływ burzliwy
Powierzchnia pozioma oddaje ciepło: w dół – C*0.7
w górę – C*1.3
Zadanie 2.1
Wlewek stalowy o h=1.5m stygnie w powietrzu o Tot=30oC.
Temperatura powierzchni wlweka to Tp=180oC. Obliczyć
gęstość strat ciepła przez konwekcję q?
Tot = 30oC
Typ konwekcji: swobodna
Równ kryterialne: Nu = C*(Gr*Pr)n
a=?
Tp = 180oC
Tot = 30oC
Zadanie 2.1 c.d.
Typ konwekcji: swobodna
Równ kryterialne:
a=?
Tp = 180oC
Nu = C*(Gr*Pr)n
Pr = 0,69
Gr = 2,34 1010
Tśr: 105
oC
Parametry powietrza:
l = 0,0324 W/mK
= 23,7 10-6 m2/s
Pr = 0,69
Gr*Pr = 16 109
C=0,135
n=0,333
0.33
Równ kryterialne: Nu=0,135(GrPr)
2K)
7.36
W/(m
Współczynnik a =
2
Gęstość mocy qk= 1104 W/m
Zadanie 2.2
Fragment układu elektronicznego ma moc strat P=45W.
Jest on zamknięty w osłonie sześciennej o boku a=28cm.
Osłona jest zamontowana na dobrze izolowanej podstawie.
Temperatura otaczającego powietrza Tot=25oC. Obliczyć
temperaturę osłony. Pominąć wymianę radiacyjną oraz
straty przez podstawę.
Tot =
a=?
25oC
Tp = ? oC
Parametry powietrza:
l = 0,034 W/mK
= 31 10-6 m2/s
a= 43,7 10-6 m2/s
Pr = 0.71
Zadanie 2.4
Wlewek stalowy o wysokości h=1.5m stygnie w
otaczającym powietrzu o temperaturze tot = 30oC.
Obliczyć gęstość strat ciepłą przez konwekcję swobodną
qk w chwili gdy powierzchnia wlewka ma temperaturę tw
= 180oC.
Dane powietrza:
 = 23,7 10-6 m2/s
l = 0,0324 W/mK
Pr = 0,69
qk = 1022 W/m2
ak = 6,8 W/m2K
Zadanie 2.3
Pomieszczenie mieszkalne o powierzchni 6*4 m jest ogrzewane
podłogowo. Temperatura powietrza w pomieszczeniu to Tot =
20oC. Temperatura podłogi Tp = 25oC.
1. Obliczyć konwekcyjny współczynnik przejmowania ciepła a
2. Obliczyć moc cieplną ogrzewającą pokój.
I. Własności powietrza:
l= 0,0251 W/mK
=15,7 10-6 m2/s
Pr=0,71
a=?
P=?
Zadanie 2.5
Określić wielkość strat cieplnych od rury poziomej o
średnicy d=0.3m i długości l=10m. Temperatura
powierzchni rury Tr=510K, temperatura powietrza
tot=300K.
Parametry powietrza:
l=0.0327 W/(mK)
=20*10-6 m2/s
Pr=0.71
GrPr = 343 106
Nu = 66,2
a = 7.2 W/m2K
P = 14,3 W/m2
Zadanie 3.1
Piec, którego zewnętrzna powierzchnia Sp = 10 m2 ma
temperaturę tp = 75oC i emisyjność ep = 0,85 ustawiony
został w dużej hali fabrycznej. Temperatura ścian hali tot
= 25oC. Obliczyć straty mocy cieplnej na drodze radiacji
Pr.
Pr = 3279 W
Promieniowanie
Zadanie 3.2
Dwie szare duże płaszczyzny umieszczone są równolegle
blisko siebie. Pierwsza z nich na temperaturę T1=500K i
e=0.8, druga temperaturę T2=400K i e=0.4 . Pomiędzy
płaszczyznami brak konwekcji. Straty na krawędziach
pominąć. Obliczyć gęstość powierzchniową mocy wymiany
radiacyjnej qr pomiędzy tymi płaszczyznami.
qr = 755.8 W/m2
Zadanie 3.3
Powierzchnia płaskiego grzejnika pokryta jest lakierem o
współczynniku emisyjności e = 0,93. Grzejnik promieniuje
dyfuzyjnie. Wyznaczyć temperaturę powierzchni, przy której
gęstość strumienia cieplnego (wychodzącego) wyniesie q=800
W/m2.
T1 = 350.6K = 77.6oC
Zadanie 3.4
Pomiędzy dwie blisko ustawione ściany o temperaturach
T1=600K i T2=300K, oraz emisyjnościach e1=e2=0,9
wstawiono ekran z wypolerowanej blachy o emisyjności
ee=0,05. Obliczyć gęstość powierzchniową radiacyjnego
strumienia ciepła qr 1-2 pomiędzy ścianami:
1. przed wprowadzeniem ekranu
2. po wprowadzeniu ekranu
3. oraz temperaturę ekranu
1. qr 1-2 = 5636 W/m2
qre 1-e = qre 2-e -> Te
2. Te = 512K
qre 1-2 = 171 W/m2
Zadanie 3.5
Temperaturę spalin płynących kanałem zmierzono za pomocą
termometru, który wskazał t1=847oC. Końcówka termometru
ma emisyjność e1=0,7, a współczynnik konwekcyjnego
przejmowania ciepła a=20 W/m2K. Temperatura ścian
kanału wynosi ts=830oC. Termometr jest bardzo mały w
stosunku do ścian komory. Obliczyć:
1. rzeczywistą temperaturę spalin
T spalin = 1032 oC
Zadanie 11-1
Obliczyć temperaturę, przy której ciało doskonale czarne dla
długości fali l = 0.7 0.7 mm wykazuje monochromatyczną
gęstość strumienia cieplnego ( gęstość mocy) m l = 102 W/m2
mm
Stałe we wzorze Plancka
C2 = 1.4387 104 mm K
C1 = 3.743 108 W mm4/m2
T = 1215 K
Zadanie 11-2
Ciało doskonale czarne emituje w temperaturze T = 1500K.
Obliczyć maksymalną monochromatyczną gęstość strumienia
cieplnego m l, max
Stałe we wzorze Plancka
C2 = 1.4387 104 mm K
C1 = 3.743 108 W mm4/m2
Stała we wzorze Wiena
C = 2897.6 mm K
lmax = 1.93 mm
m l, max = 97.766 kW/m2mm
Zadanie 11-8
Wolframowy żarnik żarówki o e=0.3 ma temperaturę T =
2300K Obliczyć gęstość mocy wypromieniowywanej przez ten
żarnik
Stała
σ = 5,669 10-8 W/m2K4
q = 6.96 kW/m2
Zadanie 11-10
Otwór w bloku modelującym ciało doskonale czarne ma
powierzchnie S=1 cm2. Przez ten otwór emitowana jest moc
P=5.67 W. Określ temperaturę ciała doskonale czarnego
Stała
σ = 5,669 10-8 W/m2K4
T = 1000 K