Определение теплового потока от газа к внутренней поверхности газопровода
Определить тепловой поток от газа к внутренней поверхности участка газопровода длиной метров и диаметром , если температура стенки трубы , а температура газа в трубе . Линейная скорость газа . Газ - метан. Давление в трубопроводе .
Таблица 4
Первая
цифра
варианта Последняя
цифра
варианта
0 20 40 1 4 50 1020 10
Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:
1. Как записываются основные безразмерные комплексы теории конвективного теплообмена и их физический смысл?
2. Какие режимы движения жидкости вы знаете и чем они характеризуются?
3. Какие значения критического числа Рейнольдса определяют режимы движения при обтекании пластины и течении в трубе?
4. Какой механизм передачи тепла работает при свободной и вынужденной конвекции?
5. Какие условия ставятся при решении задач конвективного теплообмена и как они записываются?
Решение
При теплообмене в трубах определяющим критерием, характеризующим режим течения, является критерий Рейнольдса:
(1)
Коэффициент кинематической вязкости входящий в критерий Рейнольдса связан с коэффициентом динамической вязкости уравнением:
(2)
где - плотность газа, .
Считая газ в первом приближении идеальным, подчиняющимся уравнению Клайперона () плотность метана () равна:
(3)
где - газовая постоянная метана, ;
(4)
тут - молярная масса метана (справочные данные), ;
831416,04518,33
тогда,
1∙106518,33∙273,2+406,160
По справочным данным находим что коэффициент динамической вязкости при давлении р1 МПа и температуре 40 составляет 11,6311,63.
Следовательно, кинематическая вязкость:
11,63∙10-66,1601,888∙10-6
Тогда критерий Рейнольдса в данном случае будет равен:
(5)
10∙1,0201,888∙10-65,403∙106
Так как режим движения турбулентный, то расчет теплообмена производим по формуле:
(6)
При температурах 40 и стенки трубы 20 численные значения физических величин , , , , входящих в критерий Прандтля, равны:
При температуре 40
1,888; 6,160; 2,320; 36,7.
При температуре 20
1,675; 6,580; 2,276; 34,00.
Следовательно, при температуре газа 40, критерий Прандтля равен:
(7)
1,888∙10-6∙6,160∙2,320∙10336,7∙10-30,735
При температуре 20, критерий Прандтля равен:
(8)
1,675∙10-6∙6,580∙2,276∙10334,00∙10-30,738
Критерий Нуссельта:
0,021∙5,403∙1060,8∙0,7350,43∙0,7350,7380,254470,83
(9)
4470,83∙36,7∙10-31,020160,86
Следовательно, на участке газопровода длиной от газа к стенке передается следующее количество тепла:
(10)
160,86∙3,141,020∙50∙40-20515202,408Вт≈515,202кВт
1
. Как записываются основные безразмерные комплексы теории конвективного теплообмена и их физический смысл?
Критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом):
Критерий Рейнольдса, характеризует соотношение сил инерции и вязкости и определяет характер течения жидкости (газа):
Критерий Грасгофа, характеризует подъемную силу, возникающую в жидкости (газе), вследствие разности плотностей:
Критерий Пекле, является мерой соотношения конвективного и молекулярного переносов теплоты в покое:
Критерий Прандтля, характеризует физические свойства жидкости (газа):
2
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
