• 1. Вычислить плотности теплового потока q через плоскую стенку толщиной δ , выполненную из указанных ниже изоляционных материалов (применяемых в вагоностроении), коэффициенты теплопроводности которых λ, Вт/(м К), связаны с температурой следующими линейными зависимостями: шевелин λ =0,060+0,002t; мипора λ =0,035+0,002t; полистирол ПСБ-С λ =0,038+0,0036t; полиуретан ППУ-3С λ =0,04+0,0035t. Температуры поверхностей стенки соответственно равны t1ст и t2ст.
• 2. По данным тепловых измерений тепломером средний удельный тепловой поток через ограждение изотермического вагона при температуре наружного воздуха tн и температуре воздуха в вагоне tв составил q. На сколько процентов изменится количество тепла, поступающего в вагон за счет теплопередачи через ограждение, если при прочих равных условиях на его поверхность наложить дополнительный слой изоляции из пиатерма толщиной δ=30 мм с коэффициентом теплопроводности λ =0,036 ВТ/(м К)?
• 3. Определить требуемую минимальную толщину обмуровки газохода котла, чтобы температура ее наружной поверхности не превышала 50°С при температуре газов в газоходе t1. Эквивалентный коэффициент теплопроводности обмуровки λ =0,6 Вт/(м К). Суммарный коэффициент теплоотдачи со стороны газов -α1, со стороны воздуха α2=16 Вт/(м2 К), а температура воздуха t2=20°C.
• 4. Стенки рабочей камеры промышленной нагревательной печи имеют внутренний огнеупорный слой толщиной δ1=0,12 м из шамотного кирпича и наружный слой толщиной δ2=0,25 м из строительного кирпича. Температура наружной поверхности наружного слоя t3ст, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающему воздуху α2=16 Вт/(м2 К), а температура воздуха - t2. Определить температуру внутренней поверхности камеры печи t1ст и построить график распределения температур по толщине стенки. Каковы суточные потери тепла через стенку с площадью поверхности F=20 м2? Коэффициент теплопроводности шамотного кирпича λ1=0,86 Вт/(м К), строительного кирпича λ2=0,7 Вт/(м К).
• 5. Теплообменная поверхность рекуперативного теплообменника для охлаждения масла выполнена из нержавеющих трубок с внутренним диаметром d=20 мм и толщиной стенки δ=2,5 мм ( λст=20 Вт/(м К)). Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого масла к внутренней поверхности трубок α1, а от наружной поверхности трубок к охлаждающей воде α2.Определить линейный коэффициент теплопередачи kl, Вт/(м К). Во сколько раз следует увеличить коэффициент теплоотдачи α1, чтобы при прочих неизменных условиях коэффициент теплопередачи повысился на 35%?Возможно ли такое повышение коэффициента теплопередачи путем увеличения коэффициента теплоотдачи α2.
• 6. Паропровод насыщенного пара с абсолютным давлением p имеет температуру стенки трубы с наружным диаметром d, практически равную температуре пара. Паропровод покрыт двумя слоями изоляции одинаковой толщины δ=50мм. Коэффициент теплопроводности изоляционного материала внутреннего слоя λ1=0,08 Вт/(м К), а наружного слоя λ2=0,25 Вт/(м К). Определить потери тепла на 1 пог. м паропровода при температуре окружающего воздуха 15°С и коэффициенте теплоотдачи α2=20 Вт/(м2 К). Как изменятся потери тепла, если слои изоляции поменять местами, сохранив все прочие условия без изменения?
• 7. Трубопровод тепловой сети с наружным диаметром d1 проложен в канале из сборных железобетонных блоков и имеет толщину изоляционного цилиндрического слоя δ=150 мм. Коэффициент теплопроводности изоляции λ =0,06 Вт/(м К). Температура наружной поверхности трубопровода (под изоляцией) t1ст. Температура воздуха в канале t2=40°С.
• 8. Алюминиевый провод диаметром d1=5 мм покрыт слоем изоляции толщиной δ=4 мм с коэффициентом теплопроводности λ=0,3 Вт/(м К). Удельное активное электрическое сопротивление провода ρ =0,03 (Ом мм2)/м. Определить предельно допустимый ток в проводе, если допустимая температура нагрева внутреннего слоя изоляции 65°С. температура окружающего воздуха - t2, а коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху - α2. Какой будет температура поверхности провода, если при этом же токе и прочих неизменных условиях снять с него изоляцию?
• 9. По голому алюминиевому проводу d=7 мм течет ток I. Какую температуру tст будет иметь поверхность провода при температуре окружающего воздуха tв, если коэффициент теплоотдачи к окружающему воздуху определяется отношением: α =2,8(tст- tв)0,25 Вт/(м2 К), а активное электрическое сопротивление провода rl=8,4 10-4 Ом/м? Какова при этом линейная плотность теплового потока?
• 10. Пассажирский вагон имеет площадь ограждения кузова F=225 м2. Приведенный коэффициент теплопередачи через ограждение вагона с учетом инфильтрации воздуха k=2,5 Вт/(м2 К).Какова будет средняя температура воздуха в вагоне при температуре наружного воздуха tн, если отопительная система вагона имеет суммарную площадь теплообменной поверхности F=25 м2, ее температура tст?Средний коэффициент теплоотдачи от теплообменной поверхности системы отопления к воздуху α=12 Вт/(м2 К).Суммарная мощность дополнительных источников внутреннего тепловыделения в вагоне Qвн.в=2,8 кВт.
• 11. По трубе диаметром d=35 мм течет воздух. Расход воздуха G, кг/ч, температура на входе tв=20°С. Средняя температура внутренней поверхности трубы tст=150°С. Какова будет температура воздуха на выходе из трубы, если последняя имеет длину l=5 м?
• 12. По трубе диаметром d=18 мм течет вода со средней скоростью w=1,3 м/с. Температура воды на входе в трубу t' ж, средняя температура внутренней поверхности трубы tст=100°С. На каком расстоянии от входа температура нагреваемой воды достигнет t'' ж?
• 13. Какую минимальную тепловую мощность Qmin, кВт, должен иметь встроенный в цистерну подогреватель нефтепродукта, чтобы обеспечить среднюю температуру поверхности цистерны tст? Котел цистерны диаметром d=2,8 м, имеющий расчетную площадь поверхности F=110 м2, расположен горизонтально и защищен от ветра. Температура воздуха - tв. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи от поверхности цистерны воспользоваться критериальной формулой для расчета теплообмена около горизонтальной трубы в условиях естественной конвекции.
• 14. Стальная сетка теплообменной поверхности парового котла толщиной δ=22 мм омывается с одной стороны кипящей водой при абсолютном давлении p, а с другой дымовыми газами с температурой t1=900°С. Удельная паропроизводительность поверхности нагрева g, кг(м2 ч), сухого насыщенного пара. Определить коэффициент теплопередачи k и перепад температур в стенке Δст, если коэффициент теплопроводности стали λ=40 Вт/(м К).
• 15. Для пропарки котла цистерны используют насыщенный водяной пар. После достижения установившегося теплового режима средняя температура наружной поверхности котла цистерны стала равной 80°С, а средняя температура пара внутри котла t1=100°С. Температура вытекающего конденсата tкд=95°С. Определить расход сухого пара D, который показывает паромер, установленный на подводящем паропроводе, если абсолютное давление перед паромером соответствует давлению котлоагрегата p=0,6 МПа. Температура окружающего воздуха tв. Расчетная площадь поверхности теплообмена цистерны F=100 м2, коэффициент теплоотдачи от ее наружной поверхности воздуху α2. Какую долю от общего термического сопротивления теплопередачи составляет термическое сопротивление стенок котла, если средняя толщина стенок δ =10 мм, а коэффициент теплопроводности λст=50 Вт/(м К)?
• 16. Плоская стальная стенка, имеющая коэффициент теплопроводности λст=50 Вт/(м К), толщиной δ=12 мм омывается с одной стороны дымовыми газами с температурой t1=900°С, а с другой водой с температурой t2=200°С.Коэффициент теплоотдачи - α1 и α2. Определить коэффициент теплопередачи k и тепловой поток q для чистой стенки; для стенки покрытой со стороны воды слоем накипи толщиной δ2=10 мм; λ2=0,6 Вт/(м К). Найти температуру поверхностей стенки и накипи, построить для обоих случаев графики распределения температуры.
• 17. Какой должна быть теоретическая холодопроизводительность рефрижераторной установки для поддержания в холодильной камере постоянной температуры воздуха t2 при температуре наружного воздуха t1, если средний приведенный коэффициент теплопередачи ограждения камеры k=0,32 Вт/(м2 К), а тепловая мощность источников внутреннего тепловыделения Qв=12 кВт? Расчетная площадь поверхности ограждения камеры F=220 м2. Определить среднюю температуру внутренней поверхности стенок t2ст камеры, если коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны α2=2,65(t2ст- t2)0,25 Вт/(м2 К).
• 18. Голый металлический трубопровод диаметром d=160 мм имеет температуру поверхности tст. степень черноты поверхности ε=0,8.Определить потери тепла излучением на 1 пог. м трубопровода при температуре окружающего среды tо= 0°С. Каковы будут потери излучением, если этот трубопровод окружить тонким цилиндрическим экраном диаметром dэ=200 мм со степенью черноты поверхностей εэ?
• 19. Определить тепловой поток излучением и конвекцией от боковой поверхности цилиндра диаметром d=120 мм и длиной l=10 мм со степенью черноты ε в окружающую среду, имеющую температуру tо=0°С, если температура поверхности - tст, а коэффициент теплоотдачи конвекцией - αк. Каково значение суммарного коэффициента теплоотдачи?
• 20. Внутрь тела, имеющего форму шара диаметром d=100 мм, встроен электрический нагреватель. При постоянной электрической мощности нагревателя W на поверхности шара устанавливается температура tст при температуре окружающей среды tо=27°С. Определить интегральную степень черноты поверхности тела, если коэффициент теплоотдачи конвекцией - αк. Какой должна быть мощность электрического нагревателя при абсолютно черной поверхности тела и прочих неизменных условиях?
• 21. Определить плотность теплового потока излучением q, Вт/м2, между двумя расположенными на близком расстоянии параллельными плоскостями, имеющими степень черноты поверхности ε1 и ε2 и температуру соответственно t1 и t2. Во сколько раз изменится плотность теплового потока излучением, если степень черноты поверхности ε2 уменьшить в два раза?
• 22. В пароводяном рекуперативном теплообменнике вода нагревается насыщенным паром. Расход воды Gw=1 кг/с. Определить коэффициент теплоотдачи в теплообменнике, если его площадь теплообменной поверхности F, а отношение температурных напоров на входе и выходе Δtб/ Δtм.
• 23. Определить требуемые площади поверхностей прямоточного и противоточного теплообменников для охлаждения масла в количестве Gм=0,93 кг/с от t'м=65°С до t''м=55 С. Расход охлаждающей воды Gw=0,55 кг/с, а ее температура на входе в теплообменник t'w. Расчетный коэффициент теплопередачи k. Теплоемкость масла cм=2,5 кДж/(кг К). Теплоемкость воды cw=4,19 кДж/(кг К). Изобразить графики изменения температур воды и масла в теплообменнике.
• 24. В пароводяном рекуперативном теплообменнике с помощью теплообменной поверхности F вода нагревается насыщенным паром с абсолютным давлением p. Температура воды на входе t' =15 С, расход ее G=1 кг/с. Определить конечную температуру подогрева воды t'' , если коэффициент теплопередачи k=3000 Вт/(м2 К).
• 25. Определить температуру подогрева воздуха t'' в, в калорифере с поперечным омыванием оребренных трубок воздухом на основании следующих данных: расчетная площадь теплообменной поверхности F=145 м2; температура греющей воды на входе t'w=90°С, на выходе t' w=70°С; коэффициент теплопередачи k=22 Вт/(м2 К); температура воздуха на входе в калорифер - t'в; расход воздуха Gв=0,4 кг/c.