WYMIANA CIEPŁA – zadania przykładowe Zadania przykładowe z przedmiotu WYMIANA CIEPŁA na II roku studiów IŚ PW

Zad. 1

Obliczyć gęstość strumienia ciepła, przewodzonego przez ściankę płaską o grubości e=10cm, jeżeli ustaliła się na niej różnica temperatur ∆t=10K, a wykonana ona jest z: 1. miedzi technicznej

λ=370 W/mK

2. stali węglowej

λ=60 W/mK

3. betonu

λ=1,25 W/mK

4. cegły czerwonej

λ=0,75 W/mK

5. wełny mineralnej

λ=0,05 W/mK

ODP:

q1=37000 W/m2, q2=6000 W/m2, q3=125 W/m2, q4=75 W/m2, q5=5 W/m2.

Zad. 2

Dla danych jak w zadaniu 1 obliczyć grubości ścianek w przypadkach 1, 2, 4, 5, przy których gęstość strumienia przewodzonego ciepła będzie taka sama, jak dla ścianki betonowej.

ODP:

e1=29,6m, e2=4,8m, e4=0,06m, e5=0,004m.

Zad. 3

Rurociąg o średnicy zewnętrznej d1=80mm postanowiono zaizolować dwiema warstwami izolacji o jednakowej grubości e=40mm, przy czym λa=0,6 W/mK, λb=0,16

W/mK, a temperatury na skrajnych powierzchniach wynoszą: t1=520°C i t3=40°C. Obliczyć jednostkowy strumień ciepła oraz temperaturę t2 na styku izolacji, jeżeli ułoży się ją w kolejności a-b i b-a. Narysować rozkłady temperatur.

ODP:

qla-b=817 W/m, qlb-a=602,2 W/m, t2a-b=370,1°C, t2b-a=106,0°C.

Zenon Spik -Wymiana Ciepła

2004r.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

WYMIANA CIEPŁA – zadania przykładowe Zad. 4

Płaską ściankę pieca zbudowano z trzech warstw: wewnętrznej, wykonanej z szamotu (λ=1,3 w/mK), środkowej wykonanej z cegły izolacyjnej (λ=0,4 W/mK) o grubości e=24cm i zewnętrznej wykonanej z cegły budowlanej (λ=0,75W/mK) o grubości e=12cm. Temperatura wewnętrznej powierzchni ścianki wynosi t1=1200°C, a zewnętrznej t4=50°C. Obliczyć: a) jaka powinna być minimalna grubość warstwy szamotu, aby temperatura cegły izolacyjnej nie przekroczyła 950°C.

b) jednostkowy strumień q strat ciepła przez ściankę pieca.

ODP:

e1min=0,274m, q=1184 W/m2.

Zad. 5

Dla danych jak w zad. 4 obliczyć grubość e’ warstwy szamotu, jeżeli pomiędzy warstwami wewnętrzną i środkową znajduje się szczelina powietrza o grubości e=1cm, o zastępczym współczynniku przewodzenia ciepła λ=0,15 W/mK.

ODP:

e’=0,187m.

Zad. 6

Obliczyć strumień ciepła przejmowanego z powierzchni pieca o wymiarach 500x710x1120mm (szerxdługxwys). Temperatura powierzchni ścianki pieca wynosi ts=90°C.

Temperatura otaczającego powietrza wynosi tf=20°C.

ODP:

Q=1502 W

Zad. 7

Wyznaczyć strumień ciepła przejmowany z powierzchni zewnętrznej przewodu okrągłego o średnicy zewnętrznej d=10cm i długości a=4m. Temperatura powierzchni ścianki przewodu wynosi ts=170°C. Temperatura otaczającego powietrza tf=30°C. Przewód znajduje się w pozycji:

a) pionowej

Zenon Spik -Wymiana Ciepła

2004r.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

WYMIANA CIEPŁA – zadania przykładowe b) poziomej

ODP:

a) Q=1500 W

b) Q=1404 W

Zad. 8

Wyznaczyć współczynnik przejmowania ciepła α1 dla akwarium oraz jego straty ciepła przez ścianki pionowe, jeżeli znana jest jego geometria. Średnia temperatura wody wynosi 25°C, temperatura ścianki wynosi 24,5°C. Wymiary akwarium wynoszą długość x szerokość x wysokość = 0,8x0,4x0,6m.

ODP:

a) α1=356,1 W/m2K

Zad. 9

Dla akwarium jak w zadaniu 3 obliczyć temperaturę na zewnętrznej powierzchni ścianki, wiedząc, że grubość szkła wynosi 6mm, a jego współczynnik przewodzenia ciepła λ=0,72W/m·K.

ODP:

a) Q=170,9 W

Zad. 10

Wyznaczyć wartość współczynnika przejmowania ciepła α przy przepływie wody o temperaturze tf=130°C z prędkością w=0,9 m/s przez rurę o średnicy dzxg=10x2mm, o długości l=4m. Temperatura wewnętrznej powierzchni przewodu wynosi tw=115°C.

ODP:

α=8397 W/m2·K

Zenon Spik -Wymiana Ciepła

2004r.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

WYMIANA CIEPŁA – zadania przykładowe Zad. 11

Wyznaczyć współczynnik przejmowania ciepła α podczas przepływu powietrza przez kanał o przekroju kwadratowym o wysokości boku równym a=10cm. Długość przewodu wynosi l=2m. Prędkość przepływu powietrza wynosi w=10 m/s, a temperatura powietrza ts=30°C.

ODP:

α=35,48 W

Zad. 12

Obliczyć gęstość strumienia ciepła wymienianego pomiędzy powierzchniami równoległymi przed, oraz po włożeniu ekranu z folii aluminiowej (o ε=0,15) na drodze konwekcji oraz promieniowania. Dla warstwy powietrza o grubości e=0,10m określono W

równoważny współczynnik przewodzenia ciepła λr=8,78·10-2

. Parametry pierwszej

m ⋅ K

powierzchni: ε1=0,90, t1=10°C, parametry drugiej powierzchni: ε2=0,80, t2=-10°C. Podać udziały procentowe strat ciepła przez przewodzenie oraz promieniowanie.

Zad. 13

Obliczyć wartości temperatur na stykach warstw oraz narysować rozkład temperatury, dla przegrody wielowarstwowej. Współczynnik przejmowania po stronie wewnętrznej α

W

W

i=8,1

, współczynnik przejmowania po stronie zewnętrznej αe=23

,

m 2 ⋅ K

m 2 ⋅ K

temperatura powietrza wewnętrznego ti=20°C, temperatura powietrza zewnętrznego te=20°C.

Obliczyć głębokość przemarzania przegrody.

Przegroda złożona jest z:

W

1. tynku wapienno – cementowego

e1=0,025m

λ1=0,82

m ⋅ K

W

2. pustaka typu Uni

e2=0,29m

λ2=0,46

m ⋅ K

W

3. styropianu

e3=0,10m

λ3=0,045

m ⋅ K

W

4. cegły ceramicznej

e4=0,12m

λ4=0,56

m ⋅ K

Zenon Spik -Wymiana Ciepła

2004r.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

WYMIANA CIEPŁA – zadania przykładowe W

5. tynku cementowego

e5=0,025m

λ5=1,0

m ⋅ K

Zenon Spik -Wymiana Ciepła

2004r.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com