Wymiana ciepła Lista 6
1. Oblicz strumień ciepła oraz gęstość strumienia ciepła przewodzonego przez powierzchnię zewnętrzną rury (dla 1 m długości rury). Średnica wewnętrzna rury wynosi 60 mm, a grubości ścianki 2 mm. Różnica temperatury zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni rury wynosi 0.5
°C. Wykonaj obliczenia zakładając, że rura jest wykonana z następujących materiałów: i) stal, λ=50 W/(m·K), ii) miedź, λ=380 W/(m·K), iii) stal nierdzewna, λ=17 W/(m·K), iv) szkło, λ=1 W/(m·K).
2. Rurociąg stalowy o średnicy wewnętrznej D1=150 mm i zewnętrznej D2=160 mm otulono warstwą izolacji tak, że jej średnica zewnętrzna wynosi D3=200 mm. Współczynnik przewodzenia ciepła dla stali wynosi 50 W/(m·K), a współczynnik przewodzenia ciepła dla izolacji 0.04 W/(m·K). Przez rurę płynie woda o temperaturze 90 °C, zaś temperatura powietrza otaczającego rurę wynosi 10 °C. Współczynnik wnikania ciepła między wodą a wewnętrzną powierzchnią rury wynosi 1850 W/(m2·K), natomiast współczynnik wnikania ciepła między zewnętrzną powierzchnią izolacji a powietrzem wynosi 14 W/(m2·K). Oblicz:
a) strumień ciepła oddawanego do otoczenia przez przewód o długości 10 m, b) temperaturę na zewnętrznej powierzchni rurociągu, c) temperaturę na zewnętrznej powierzchni izolacji, d) gęstość strumienia ciepła wnikającego do powierzchni wewnętrznej rury (dla 1 m długości rury), e) gęstość strumienia ciepła przewodzonego do powierzchni zewnętrznej rurociągu, f) gęstość strumienia ciepła wnikającego do otoczenia.
3. W podgrzewaczu wody, który wykonano z rur gładkich, podgrzewanych jest 10 t/h wody. W wyniku podgrzania temperatura wody wzrasta od t2’=40 C do t2’’=90 C. W celu podgrzania wody wykorzystywany jest gaz. Oddając ciepło, gaz ochładza się od temperatury t1’=350 C do t1’’=150 C. Współczynnik przenikania ciepła dla podgrzewacza wynosi k=16 W/m2K.
Proszę obliczyć powierzchnię wymiany ciepła, jeżeli przepływ faz w podgrzewaczu wody jest: a) współprądowy, b) przeciwprądowy. Określ ilość gazu, która jest potrzebna dla ogrzania tej ilości wody. Ciepło właściwe wody i gazu wynosi odpowiednio: cw=4189.9 J/kg·K i cg=1005 J/kg·K.
dr hab. inż. Monika Maciejewska
