ЗАДАЧИ ГИДРОСТАТИКИ ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
ЗАДАЧИ ГИДРОСТАТИКИ ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ 



 1. Плотность газа или пара при абсолютной температуре и давлении для давлений, не превышающих сотни атмосфер с достаточной точностью может находиться по уравнению состояния идеального газа где плотность газа (пара) при нормальных условиях молярная масса газа, кг/кмоль температура объем, занимаемый одним киломолем газа (пара) при нормальных условиях. Плотность смеси газов (паров) определяется по правилу аддитивности где плотность и объемная (молярная) доля компонента.

3.1. Вычислить градиент температуры поперек плоской бетонной стенки толщиной 250 мм, если температуры ее внутренней и наружной поверхностей равны 25 °С и -20 °С. Определить также плотность теплового потока по закону теплопроводности Фурье и по форхмуле (3.7).

3.2. Вычислить плотность теплового потока, температуры поверхностей контакта и градиенты температуры поперек трехслойной стенки, состоящей из слоев эмали, конструкционной стали и асбестовой изоляции, толщины которых 0,7; 12 и 25 мм соответственно. Температура внутренней поверхности слоя эмали 185 °С, а наружного слоя асбеста 45 °С. Результаты представить графически.

3.3. Определить плотность конвективных тепловых потоков, которые переносятся в направлении движения: а) парами этанола атмосферного давления при скорости движения 0,90 м/с (теплоемкость паров этанола cv = 3,22 кДжДкг-К)); б) жидким этанолом, скорость движения которого 0,10 м/с. Температуры обоих потоков одинаковы и равны температуре кипения этанола при атмосферном давлении.

3.4. Сравнить плотности конвективных тепловых потоков, переносимых жидким бутиловым спиртом при его скорости 0,050 м/с и температуре 50 сС и его парами при скорости 1,30 м/с, температуре 200 °С и абсолютном давлении 2 кгс/см2.

3.5. Вычислить плотности лучистых тепловых потоков, излучаемых поверхностью кирпичной кладки и поверхностью, покрытой алюминиевым лаком при 87 °С.

3.6. Сравнить тепловые потоки, излучаемые поверхностью 3 м2 окисленного и оцинкованного железа при температурах 40 °С и 200 °С.

3.7. Как увеличится термическое сопротивление стенки стальной трубы диаметром 38x2,5 мм, если покрыть ее слоем эмали толщиной 0,5 мм?

3.8. Определить тепловой поток, теряемый паропроводом диаметром 51 х2,5 мм и длиной 40 м, покрытым слоем теплоизоляции толщиной 30 мм, имеющей теплопроводность 0,116 Вт/(м • К); температура наружной поверхности изоляции 45 °С, внутренней поверхности трубы 175 °С.

3.9. Вычислить часовую потерю холода с одного погонного метра стальной трубы диаметром 60 х 3 мм, изолированной слоями пробки толщиной 30 мм и совелита толщиной 40 мм. Температуры внутренней поверхности трубы -110°С и наружной поверхности совелита 10 °С.

3.10. Вычислить теплопроводность: а) жидкого хлороформа при 20 °С; б) диоксида серы при 160 °С и атмосферном давлении; в) 25 %-го водного раствора хлорида кальция при 30 °С.

3.11. При атмосферном давлении испаряется 1650 кг/ч толуола, подаваемого в кипятильник при температуре кипения. Определить необходимый расход греющего водяного пара: а) сухого насыщенного при избыточном давлении 0,40 МПа; б) перегретого до 250 °С, рпзб = 0,40 МПа. Принять удельную теплоемкость перегретого водяного пара с - 2,14 кДжДкг-К). Конденсат греющего пара отводится при температуре конденсации.

3.12. До какой температуры можно нагреть 2 т раствора, если расход глухого пара давлением ркзб = 3 кгс/см2 составил 200 кг за 2,5 ч? Расход теплоты на нагрев массы аппарата и на потери в окружающую среду составил 2,03 кВт. Начальная температура раствора 10 °С. Удельная теплоемкость раствора 2,50 кДжДкг-К).

3.13. Определить тепловой поток, передаваемый в конденсаторе, где при атмосферном давлении конденсируется 850 кг/ч пара сероуглерода. Пар поступает при 90 °С, жидкий сероуглерод выходит переохлажденным на 8 К. Удельная теплоемкость пара 0,67 кДжДкг • К).

3.14. В кожухотрубчатый конденсатор поступает 120 кг/ч сухого насыщенного пара диоксида углерода под давлением рабс = = 60 кгс/см2. Жидкий диоксид углерода выходит из конденсатора при температуре конденсации (21 °С). Начальная температура воды 10 °С, конечная температура воды на 5 К ниже температуры конденсации. Определить необходимый расход воды.

3.15. Определить изменение коэффициентов теплопередачи в теплообменном аппарате, изготовленном из стальных труб с толщиной стенки 3 мм, если на поверхности труб отложится слой водяного камня толщиной 2 мм: а) в водяном холодильнике для газа, в котором схг = 58 Вт/(м2К), схв = 580 Вт/(м2К); б) в выпарном аппарате, в котором аг.в = 11600 Вт/(м2 К), ар = 2780 ВтДм2 • К).

3.16. Определить плотность теплового потока в атмосферном испарителе толуола, если стальные трубы толщиной 4 мм с обеих сторон покрыты слоями ржавчины толщиной 0,6 мм каждый. Обогрев производится насыщенным водяным паром с избыточным давлением 3 кгс/см;\ Термическими сопротивлениями теплоотдачи со стороны пара и толуола пренебречь. Стенки считать плоскими.

3.17. Выходящий из выпарного аппарата концентрированный раствор с температурой 106 °С используется для подогрева исходного раствора, поступающего в одноходовой подогреватель с температурой 15 °С и нагревающегося до 50 °С. Концентрированный

3.20. Достаточна ли поверхность кожухотрубчатого теплообменника, состоящего из 19 латунных труб диаметром 18 х 2 мм и длиной 1,2 м, для конденсации 350 кг/ч насыщенного пара этилового спирта при коэффициенте теплопередачи К — 700 Вт/(м2 К), начальной и конечной температуре воды 15 и 35 °С? Конденсация происходит при атмосферном давлении, переохлаждение конденсата отсутствует.

3.21. В трубное пространство кожухотрубчатого одноходового теплообменника, имеющего поверхность теплопередачи F = 360 м2, поступает 10 т/ч горячего газа с температурой 560 °С удельной теплоемкостью 1,05 кДжДкг К). В межтрубном пространстве очищенный газ колчеданной печи нагревается от 300 до 430 °С. Потери теплоты составляют 10 % от количества теплоты, получаемой нагревающимся газом. Определить значение коэффициента теплопередачи.

3.22. Вычислить значение коэффициента теплопередачи в теплообменнике с поверхностью теплопередачи 48 м2 при подогреве в нем 85,5 т/ч воды от 77 до 95 °С насыщенным водяным паром при ризб = 230 кПа.

3.23. Определить необходимую поверхность противоточного теплообменника и расход воды при охлаждении 0,85 м,3/ч сероуглерода от температуры кипения под атмосферным давлением до 22 °С. Охлаждающая вода нагревается от 14 до 25 СС. Коэффициенты
теплоотдачи от сероуглерода ctj = 270 Вт/(м2 К) и к воде а2 = - 720 Вт/(м2К). На стальной стенке теплообменника толщиной 3 мм имеются слои накипи и ржавчины, суммарное термическое сопротивление которых £гт = 0,69 10 3 (м2 • К)/Вт.

3.24. Вычислить необходимые расходы воды и воздуха и поверхности теплопередачи при конденсации 2,78 кг/с насыщенного пара и-гексана при 70 °С без переохлаждения конденсата. Отвод теплоты конденсации производится: а) водой, которая нагревается от 16 до 36 °С; б) воздухом, который нагревается от 25 до 48 °С. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося сероуглерода для обоих случаев а, = 1700 Вт/(м2- К), а для воды и воздуха - принимаются по табл. 3.3: для воды - при турбулентном течении по трубам, для воздуха - при поперечном обтекании труб. Удельная теплота конденсации гексана 333 кДж/кг.

3.25. Вычислить значение коэффициента теплоотдачи в трубном пространстве одноходового теплообменника, где по 19 трубам диаметром 16 х 2 мм проходит 3,7 т/ч метилового спирта. Начальная и конечная температуры спирта 10 и 50 СС; температура внутренней поверхности труб 60 °С.

3.26. По межтрубному пространству кожухотрубчатого теплообменника параллельно трубам со скоростью 4,6 м/с проходит метан под избыточным давлением 5 кгс/см2 при средней температуре 75 °С. Определить значение коэффициента теплоотдачи между метаном и наружной поверхностью 37 стальных труб диаметром 18x2 мм, заключенных в кожух внутренним диаметром 190 мм.

3.27. Определить коэффициент теплоотдачи между водой и внутренней стенкой трубы диаметром 46 х 3 мм при скорости воды 0,70 м/с и средней ее температуре 46 °С. Температура внутренней поверхности стенки 90 °С.

3.28. Определить коэффициент теплоотдачи между наружной поверхностью труб и воздухом, охлаждаемым при избыточном давлении 0,1 МПа от 90 до 30 °С в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с поперечными перегородками и трубами диаметром 25 х 2 мм, расположенными в шахматном порядке. Скорость воздуха в вырезе перегородки 8,0 м/с.

3.29. Воздух при атмосферном давлении нагревается конденсирующимся насыщенным водяным паром в кожухотрубчатом теплообменнике с трубками диаметром 25 х 2 мм. Средняя температура воздуха 60 °С. Вычислить значения коэффициентов теплопередачи для случаев: а) воздух со скоростью 10 м/с проходит по трубам, а греющий пар конденсируется в межтрубном пространстве; б) воздух проходит по межтрубному пространству со скоростью 10 м/с в вырезе перегородки, а пар конденсируется внутри