ЗАДАЧИ ПО ГИДРОМЕХАНИКЕ ДЛЯ ЭКЗАМЕНА
3.30. При теплообмене двух турбулентных потоков для первого и второго потоков a.t = 230 и ои « 400 Вт/(м2 ? К). Определить, во сколько раз увеличится значение коэффициента теплопередачи, если скорость первого потока возрастет в 2 раза, а скорость второго - в 3 раза при прочих неизменных условиях. (Термическими сопротивлениями загрязнений и стенки пренебречь.)

3.31. Определить значение коэффициента теплоотдачи от 98 %-й серной кислоты, проходящей по кольцевому пространству горизонтального теплообменника "труба в трубе" со скоростью 0,90 м/с и со средней температурой 72 °С. Температура поверхности стенки 58 °С. Диаметры труб 54 х 4,5 и 26 х 3 мм.

3.32. Вычислить значение коэффициента теплоотдачи для 23,8 %-го раствора хлорида кальция, который со скоростью 0,50 м/с проходит по трубному пространству при средней температуре -20 °С. Температура поверхности трубы, соприкасающейся с раствором, -10 °С; диаметр труб 25x2 мм, длина 4,0 м. Температурный коэффициент объемного расширения раствора принять равным 0,35- 10 аК"1.

3.33. Определить коэффициент теплоотдачи при нагреве четы-реххлористого углерода, проходящего по трубному пространству горизонтального кожухотрубчатого теплообменника при средней температуре 26 °С и скорости 0,15 м/с. Температура внутренней поверхности трубы диаметром 25 х 2 мм равна 34 °С.

3.34. Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы длиной 3,0 м и диаметром 0,021 м, в которой со скоростью 0,30 м/с проходит 21,2 %-й раствор хлорида натрия, имеющий температурный коэффициент объемного расширения 3,5 • 10 4 К 1 и нагревающийся от -15 до -12 °С. Температура внутренней стенки трубы -6,5 °С.

3.35. Сравнить значения коэффициентов теплоотдачи от бензола к внутренней поверхности горизонтальной и вертикальной (движение снизу вверх) трубы диаметром 25 х 2 мм и длиной 4,0 м при скорости бензола 0,050 м/с и его средней температуре 50 °С. Температура внутренней поверхности трубы 30 °С.

3.36. Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности горизонтальной трубы внешним диаметром 76 мм в условиях естественной конвекции. Средняя температура воды 25 °С, температура поверхности трубы 45 СС.

3.37. В условиях естественной конвекции около горизонтальной трубы диаметром 38 х 2 мм охлаждается толуол, имеющий среднюю температуру 50 СС. Температура наружной стенки трубы 30 °С. Определить значение коэффициента теплоотдачи.

3.38. Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности 91 трубы диаметром 57 х 3 мм и высотой 4,0 м при пленочном стенании 14,4 кг/с воды и нагреве ее от 18 до 25 °С. Средняя температура внутренней поверхности труб 26 °С.

3.39. По вертикальной стенке высотой 5,0 м равномерной пленкой стекает 60 %-я серная кислота в количестве 2,1 л/с на 1 м ширины стенки. Средняя температура кислоты 50 °С, поверхности стенки 24 °С. Определить коэффициент теплоотдачи от пленки к поверхности холодильника. Теплопроводность кислоты принять равной 0,43 Вт/(м К).

3.40. Под атмосферным давлением кипит 20 %-й водный раствор хлорида натрия. Определить коэффициент теплоотдачи от греющей поверхности к раствору при разности их температур 10 К. Теплопроводность раствора 0,658 Вт/(м • К).

3.41. Внутри вертикальных труб высотой 4,0 м под атмосферным давлением кипит толуол. Вычислить коэффициент теплоотдачи к толуолу, если температура внутренней поверхности трубы составляет 125,3 °С.

3.42. Определить среднее по высоте значение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности вертикальных труб теплообменника, в межтрубном пространстве которого под атмосферным давлением конденсируется насыщенный пар метилового спирта. Высота труб 3,0 м, температура наружной поверхности труб 62 °С.

3.43. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара абсолютным давлением 6,3 кгс/см2 на наружной поверхности труб шахматного пучка. Наружный диаметр труб 38 мм, расчетное число труб по высоте 11. Температура наружной поверхности труб 152 °С, конденсирующийся пар содержит 0,5% воздуха.

3.44. В трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника нагревается от 15 до 42 °С 100 %-й метиловый спирт, расход которого 81 т/ч. В межтрубном пространстве противотоком проходит вода, температура которой изменяется от 90 до 40 °С. Коэффициент теплоотдачи от воды к наружной поверхности труб 840 Вт/(м2 • К). Суммарная термическая проводимость стенки труб и загрязнений составляет 1700 Вт/(м2 К); средняя температура внутренней поверхности трубы 38 °С. Число труб 111, их внутренний диаметр 21 мм. Определить необходимую поверхность теплопередачи.

3.45. Определить необходимую поверхность теплопередачи одноходового кожухотрубчатого теплообменника, имеющего 197 труб внутренним диаметром 34 мм, в котором нагревается от 20 до 90 °С воздух при абсолютном давлении 810 мм рт. ст. с расходом 7,77-103 м3/ч, считая на нормальные условия. В межтрубном пространстве конденсируется насыщенный водяной пар под абсолютным давлением 2 кгс/см2 при коэффициенте теплоотдачи к наружной поверхности труб 10"1 Вт/(м2К). Суммарная термическая проводимость стенки трубы и загрязнений составляет 1,7 кВт/(м2 • К).

3.46. Определить требуемую длину труб одноходового кожухотрубчатого теплообменника, имеющего 111 труб диаметром 38 х 2 мм, и расход греющего водяного пара 94 %-й сухости при нагреве 5200 м3/ч (при нормальных условиях) воздуха атмосферного давления от 2 до 90 °С. Абсолютное давление конденсирующегося насыщенного пара 2 кгс/см2. Принять коэффициент теплопередачи приближенно равным значению коэффициента теплоотдачи для воздуха.

3.47. Внутри змеевика 1,5 т/ч толуола охлаждается от 90 до 30 °С водой, перемещающейся противотоком толуолу и нагревающейся от 15 до 40 °С. Стальная трубка змеевика имеет диаметр 57 х 3,5 мм; диаметр змеевика 0,40 м. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки трубы к воде составляет 580 Вт/(м2 К). Определить необходимую длину трубки змеевика и расход охлаждающей воды, если принять суммарное термическое сопротивление стенки трубы и ее загрязнений равным 0,7 10"3 (м2 • К)/Вт, а температуру внутренней поверхности слоя загрязнений 42 сС.

3.48. Определить длину теплообменника типа "труба в трубе", выполненного из труб диаметром 89 х 5 и 44,5 х 3,5 мм, в котором охлаждается от 70 до 30 °С 1900 кг/ч толуола, проходящего прямотоком по межтрубному кольцевому пространству. Вычислить также расход охлаждающей воды (среднего качества), проходящей по внутренней трубе, при изменении ее температуры от 14 до 21 °С. Средняя температура поверхности загрязнений со стороны воды 20 сС.

3.49. Определить температуру наружной поверхности изоляции и потерю теплоты излучением и конвекцией с 1 м2 поверхности вертикальной стенки выпарного аппарата. Слой теплоизоляции толщиной 45 мм имеет теплопроводность 0,12 ВтДм К). Температура внутренней поверхности слоя изоляции практически равна температуре кипения раствора (120 °С), температура воздуха в помещении 20 °С.

3.50. Аппарат, температура наружной поверхности стальной стенки которого 500 °С, покрыт слоем кирпича толщиной 125 мм и дополнительным слоем теплоизоляции с теплопроводностью 0,68 и 0,12 Вт/(м К) соответственно. Определить толщину слоя теплоизоляции, необходимую для того, чтобы температура его наружной поверхности была 50 °С; температура окружающего воздуха 25 СС.

3.51. Определить поверхностную плотность теплового потока, температуры поверхностей стенок, необходимую поверхность теплопередачи и расход воды при охлаждении 3,0 кг/с бензола от 75 до 30 °С в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника при скорости бензола в трубах 0,40 м/с. Охлаждающая вода проходит в межтрубном пространстве со скоростью 0,50 м/с в вырезе поперечных перегородок и нагревается от 20 до 40 СС. Размер труб 25 х 2 мм, расположение труб шахматное.

3.52. В трубном пространстве вертикального кипятильника при атмосферном давлении испаряется 10 кг/с ацетона. Насыщенный водяной пар, не содержащий воздуха, конденсируется при абсолютном давлении 2 кгс/см2 в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб высотой 4,0 м и диаметром 25 х 2 мм. Температуру кипения принять без учета гидростатического эффекта. Определить плотность теплового потока, температуры наружной и внутренней поверхностей трубы, необходимые поверхность теплопередачи и расход греющего пара, имеющего влажность 3 %.

3.53. В вертикальной пневмотранспортной трубе высотой 3,0 м перемещаются вверх и одновременно охлаждаются воздухом атмосферного давления и средней температурой 20 СС сферические частицы силикагеля диаметром 1,0 мм и начальной температурой 120 °С. Определить среднюю температуру частиц на выходе из трубы, если они перемещаются с равномерной скоростью 1,7 м/с при скорости воздуха 6,0 м/с. Принять плотность, удельную теплоемкость и теплопроводность силикагеля соответственно 1,1 Ю3 кг/м3; 0,92 кДжДкг-К) и 0,20 ВтДмК). Охлаждение частиц считать симметричным.

3.54. Цилиндрическое изделие из стекла диаметром 12 мм охлаждается поперечным потоком воздуха атмосферного давления, имеющего температуру 20 °С и скорость 6,0 м/с. Определить время, за которое изделие отдает 95 % первоначальной теплоты. Плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность стекла 2,5 103 кг/м3; 0,84 кДжДкг • К) и 0,76 Вт/(м • К).

3.55. Определить плотность лучистого теплового потока, который воспринимает плоская поверхность высушиваемого материала от излучающей поверхности кирпичной кладки. Температура кладки 650 °С, температура поверхности материала 50 °С. Принять степень черноты влажного материала равной 0,85.

3.56. Определить потери теплоты излучением от аппарата, покрытого асбестом, невогнутая наружная поверхность которого имеет температуру 50 °С. Аппарат находится в оштукатуренном помещении размерами 3 х 4 х 3 м.

3.57. Вычислить необходимую высоту слоя насадки 50 х 50 х 5 мм при охлаждении 27 103 м3/ч азота от 90 до 25 °С при нормальном давлении водой в количестве 6,5 кг/с. Диаметр аппарата 1,9 м. Расход азота дан при нормальных условиях; начальная температура воды 12 °С.

3.58. Определить высоту слоя насадки из круглого гравия размером 42 мм, необходимую для охлаждения 23- 10я м3/ч воздуха (считая на нормальные условия) от 70 до 20 °С в вертикальном скруббере диаметром 2,2 м. Температура воды на входе в аппарат 18 °С; расход воды 28 т/ч.

3.59. Вычислить холодильный коэффициент и мощность, потребляемую холодильной установкой, работающей по обратному циклу Карно. Холодопроизводительность установки 6,1 кВт при температуре испарения -10 °С и температуре конденсации 22 °С.

3.60. Определить минимальную затрату работы по обратному циклу Карно и расход воды в конденсаторе при выработке 100 кг/ч льда из воды, температура которой на входе 0 °С. Температура испарения хладоагента -5 °С, температура конденсации 25 °С. В конденсаторе вода нагревается от 12 до 20 °С. Удельная теплота кристаллизации воды 335 кДж/кг.

3.61. Определить удельную холодопроизводительность и холодильный коэффициент сухого цикла без переохлаждения для аммиака и дифтордихлорметана (фреона-12) при температуре испарения -15 °С и температуре конденсации 30 °С.

3.62. Сравнить значения холодильных коэффициентов аммиачной установки при температуре испарения -20 °С и температуре конденсации 30 °С для обратного цикла Карно и для сухого цикла с переохлаждением сконденсированного аммиака до 25 °С.

3.63. Необходимо охлаждать 103 кг/ч этилового спирта от 20 до -15 °С в холодильной установке, работающей по сухому циклу без переохлаждения аммиака. Определить теоретическую мощность компрессора при температурах испарения -25 °С и конденсации 25 СС.

3.64. Холодопроизводительность аммиачного горизонтального компрессора при температурах испарения -15 °С и конденсации 25 °С составляет 698 кВт. Определить холодопроизводительность этого компрессора при температурах испарения -5 °С и конденсации 30 °С.

3.65. По диаграмме состояния воздуха T-S определить интегральный эффект Джоуля-Томсона при дросселировании воздуха на атмосферное давление при начальных значениях температуры и давления воздуха: а) 15 °С и 50 кгс/см2; б) -50 СС и 50 кгс/см2; в) -50 °С и 200 кгс/см2.

3.66. Определить затрату энергии на получение 1 кг жидкого воздуха по простому регенеративному циклу при следующих начальных температурах и давлениях воздуха: а) 15 СС и 50 кгс/см2; б) 15 °С и 200 кгс/см2. Дросселирование в обоих случаях производится до атмосферного давления. Потери холода не учитывать.

3.67. Определить ожижаемую долю воздуха и расход энергии на 1 кг жидкого воздуха в простом регенеративном цикле при начальной температуре воздуха 30 °С и давлении 200 кгс/см2. Общие потери холода составляют 10,5 кДж на 1 кг перерабатываемого воздуха.

3.68. Вычислить необходимые значения теплообменной поверхности и расхода воды при охлаждении 20 т/ч бензола от 78 до 20 °С. Вода в одноходовом кожухотрубчатом теплообменнике проходит по межтрубному пространству противотоком по отношению к бензолу и нагревается от 15 до 43 °С. 33 стальные трубки имеют диаметр 25x1,5 мм. Температура внутренней поверхности трубок (со стороны бензола) равна 51 °С. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубок к воде схв = 1200 Вт/(м2 • К).

3.69. Вычислить необходимые значения теплопередающей поверхности одноходового кожухотрубчатого теплообменного аппарата и расхода греющего водяного пара при нагревании 90 т/ч толуола от 18 до 110°С. Толуол проходит по трубному пространству, содержащему 38 трубок диаметром 38x3 мм. Избыточное давление сухого насыщенного пара в межтрубном пространстве 2 атм. Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара агп = = 11000 Вт/(м2 К). Температура внутренней стенки трубок 102 °С.