Задача 1. Стенка топочной камеры имеет размеры 3х5 м². Стенка состоит из шамотного кирпича (250 мм) и одного красного кирпича (250 мм); в промежутке между ними имеется изоляционная совелитовая прокладка толщиной d. Температура внутренней поверхности стенки t₁; температура наружной поверхности по условиям техники безопасности не должна превышать 60°С.

Определить тепловой поток через стенку за 10 часов работы и экономию в процентах от применения изоляционной прослойки по сравнению со стенкой той же толщины, но выполненной из шамотного кирпича. Найти температуры на обеих поверхностях изоляционной прослойки; результаты представить графически. Коэффициент теплопроводности: шамота l₁ = 1,1 Вт/(м×К), совелита l₂ = 0,09 Вт/(м×К), красного кирпича l₃.

Параметры выбрать по таблице 1.

Таблица 1

Задача 2. Железобетонная дымовая труба внутренним диаметром 800 мм и наружным диаметром 1300 мм должна быть футерована внутри огнеупором.

Определить толщину футеровки и температуру наружной поверхности трубы из условий, чтобы тепловые потери с одного погонного метра трубы не превышали q₁, а температура внутренней поверхности трубы не должна превышать t₂. Температура внутренней поверхности футеровки t₁. Коэффициент теплопроводности футеровки l₁ = 0,838 + 0,001t Вт/(м×К), коэффициент теплопроводности бетона l₂.

Параметры выбрать по таблице 2.

Таблица 2

Задача 3. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора выполнен из смеси карбида урана и графита в виде цилиндрического стержня диаметром d =12 мм. Объемная производительность источников теплоты равномерно распределена по объему и равна q_v, теплопроводность материала стержня l.

Определить температуру и плотность теплового потока на поверхности тепловыделяющего элемента, если по оси стержня температура равна t₀.

Параметры выбрать по таблице 3.

Таблица 3

Задача 4. Стенка котла толщиной d и теплопроводностью l = 50 Вт/(м×К) омывается с одной стороны дымовыми газами с температурой t_ж1, а с другой – кипящей водой при температуре t_ж2. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке a₁, а от стенки к воде a₂.

Определить коэффициент теплопередачи от газов к воде, плотность теплового потока и температуры поверхностей стенки толщиной d.

Решить задачу при условии, что стенка покрылась со стороны газов слоем сажи толщиной d_с, а со стороны воды – слоем накипи толщиной d_н. Коэффициент теплопроводности сажи l_с = 0,08 Вт/(м×К), а накипи l_н = 0,5 Вт/(м×К). Сравнить результаты расчетов. Определить уменьшение плотности теплового потока. Построить график распределения температур по толщине стенки.

Параметры выбрать по таблице 4.

Таблица 4

Задача 5. По паропроводу, внутренний диаметр которого d₁, движется пар со средней температурой, равной t_ж1, коэффициент теплоотдачи от пара к стенке a₁, а температура окружающей среды t_ж2 = 20°С. Коэффициент теплопроводности стенки l_ст = 48 Вт/(м×К), толщина стенки d_ст.

Определить тепловые потери в следующих случаях:

а) при оголенном паропроводе, непосредственно охлаждаемом окружающей средой; интенсивность теплоотдачи от паропровода к среде определяется величиной коэффициента теплоотдачи a₂;

б) при покрытии паропровода слоем изоляции толщиной d_из при коэффициенте теплоотдачи от поверхности слоя изоляции к среде, равном a¢₂, и коэффициенте теплопроводности изоляции l_из.

Найти величину критического диаметра изоляции, дать пояснение. Параметры выбрать по таблице 5.

Таблица 5

Задача 6. В паропроводе, внутренний диаметр которого 100 мм, движется насыщенный водяной пар давлением р со скоростью w.

Чему должна быть равна скорость воды при комнатной температуре (t_ж = 20°С) в гидродинамической модели паропровода диаметром 24 мм?

Параметры выбрать по таблице 6.

Таблица 6

Задача 7. Внутри вертикальной стальной трубы высотой l м и диаметром d_н/d_вн, мм движется вода, температура которой t₁ °С. Скорость течения воды w_ж м/с. Снаружи стенка трубы охлаждается поперечным потоком воздуха с температурой t₂ °С и скоростью 5 м/с. Вычислить коэффициент теплопередачи от воды к воздуху и количество передаваемой теплоты. Температуру стенки трубы принять равной t_ст = t₁ – (5 ¸ 10) °С.

Параметры выбрать по таблице 7.

Таблица 7

Задача 8. Определить средний коэффициент теплоотдачи n-рядного: а) коридорного и б) шахматного пучков кипятильных труб котлоагрегата, омываемого дымовыми газами (воздухом), направление потока которых к трубам осуществляется под углом атаки, равным y.

Скорость движения потока в узком сечении w, диаметр трубок d, средняя температура дымовых газов, омывающих пучок t_ж.

Параметры выбрать по таблице 8.

Таблица 8

Пояснить, почему коэффициент теплоотдачи при шахматном расположении труб в пучке больше, чем при коридорном.

Задача 9. Определить коэффициент теплоотдачи сухого насыщенного водяного пара на горизонтальной трубе n-го ряда конденсатора при коридорном и шахматном расположении в нем труб.

Найти количество конденсирующего за 1 час пара, если абсолютное давление в конденсаторе р, температурный напор пар – стенка Dt, наружный диаметр латунных труб в конденсаторе 16 мм, а длина l. Насколько изменится коэффициент теплоотдачи, если в паре содержится 1% воздуха?

Параметры выбрать по таблице 9.

Таблица 9

Задача 10. Определить необходимую поверхность нагрева парогенератора производительностью G тонн пара в час при абсолютном давлении р. Какой температурный напор необходимо обеспечить, чтобы увеличить производительность парогенератора в n раз при той же поверхности нагрева? Определить критическое значение температурного напора и тепловой нагрузки для заданного давления р.

Параметры выбрать по таблице 10.

Таблица 10

Задача 11. Определить тепловой поток, теряемый за счет излучения стальной трубой диаметром 80 мм и длиной l. Труба, температура которой t₁, расположена в помещении на большом удалении от его стен. Степень черноты материала трубы e₁, температура стен в помещении t₂. Как изменится лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы, если ее покрыть цилиндрическим кожухом (экраном) толщиной 20 мм, выполненным из тонких алюминиевых листов (степень черноты e₂ = 0,055)? Найти температуру алюминиевого кожуха. Конвективным теплообменом при расчетах пренебречь.

Параметры выбрать по таблице 11.

Таблица 11

Задача 12. Определить удельный тепловой поток и коэффициент теплоотдачи излучения между двумя параллельно расположенными пластинами, с температурой t₁ и t₂ и степенью черноты e₁ и e₂.

Как изменится удельный тепловой поток, если между пластинами установить экран со стеною черноты e_э.

Параметры выбрать по таблице 12.

Таблица 12

Задача 13. Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением р сконденсируется в стальном горизонтальном паропроводе диаметром d, длиною l, если он находится в кирпичном канале (0,7 х 0,7) м температура стенок которого t; степень черноты стали e_ст = 0,8, кирпича e_к = 0,9.

Параметры выбрать по таблице 13.

Таблица 13

Задача 14. Выполнить тепловой расчет паропроводяного кожухотрубного теплообменника, предназначенного  для нагрева G₁, т/ч воды от температуры t¢_в= 10°С до t¢¢_в. Вода движется внутри латунных трубок диаметром d_н/d_вн = 17/14 мм; коэффициент теплопроводности латуни l = 85 Вт/(м×К). Греющий теплоноситель – сухой насыщенный пар давлением р движется в межтрубном пространстве. Скорость движения воды w принять 1…2,5 м/с.

Параметры выбрать по таблице 14.

Таблица 14

Задача 15. Определить поверхность охлаждения конденсатора паровой турбины мощностью N_т с удельным расходом пара d₀, если давление пара в конденсаторе р_к, температура охлаждающей воды на входе t¢₂ равна 10°С, а на выходе – на 3°С ниже температуры насыщенного пара при давлении р_к; кратность охлаждения m; коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к охлаждающей воде К.

Параметры выбрать по таблице 15.

Таблица 15

Задача 16. В деаэратор конденсата ТЭЦ производительностью пара G_п (деаэратор атмосферного типа, температура воды в баке 102°С) поступает возвращенный конденсат (80%) с температурой 70 °С.

Определить расход пара из отбора, поступающего в деаэратор с энтальпией h_от = 2700 кДж/кг; КПД деаэратора 0,99. Расход поступающей добавочной питательной воды на покрытие потерь производственного конденсата составляет G_{п п}, на компенсацию потерь конденсата на ТЭЦ – 15,6 т/ч, на компенсацию потерь с продувочной водой – 8,3 т/ч.

Параметры для расчета выбрать по таблице 16.

Таблица 16