При вынужденном обтекании водой плоской вертикальной поверхности применяем уравнение:
Nuвд = 0,037· Reвд0,8·Prвд0,43·= 0,037· 6 357 620,8·2,2950,43·=.
= 2314,07.
Найдем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке:
αвд = = 648,42 Вт/(м2· К) Примем tст2 = tст1 = 76,5 ºС.
Найдем коэффициент Грасгофа для потока воздуха:
Gr = · (tст2 — tвз),.
где g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения, на поверхности Земли;
l0 — определяющий характерный линейный размер поверхности теплообмена, принимаем высоту стенки AD, м;
β - температурный коэффициент объёмного расширения теплоносителя, К-1.
Для газов, при не слишком больших давлениях:
β = = 0,347 К-1.
Отсюда:
Gr = · (76,5 — 15) = 17 923.
Gr· Pr = 17 923· 0,704 = 12 618 < 109, значит режим движения ламинарный.
Nuвз=0,7· Grвз0,25 = 0,7· 126 180,25 = 8,10.
αвз = = 0,413 Вт/(м2· К).
Находим коэффициент теплопередачи к:
к = == 0,413 Вт/(м2· К),.
где δ - толщина стенки, м;
λ - коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м· К) Найдем плотность теплового потока:
q = αвз· (tст2 — tвз) = 0,413· (76,5 — 15) = 25,40 Вт/м2.
Q = q· F = 25,40· (2,4·0,5) = 30,48 Вт, где F — площадь поверхности теплопередачи, м2.
Проверка правильности полученного значения к (и, соответственно значений q, Q) проводим с помощью уравнения теплопередачи:
к = ,.
где Δtлог — средний логарифмический температурный напор.
Δtлог = =62,2 ºС Тогда:
к = = 0,408 Вт/(м2· К) Т.к. расхождения между найденными значениями к равны 1,95%, то дальнейшие уточнения не проводим.
Т.о., плотность теплового потока через стенку равна:
q = к· (tвд ср — tвз) = 0,408· (77,5 — 15) = 25,53 Вт/м2.
Полный тепловой поток равен:
Q = q · F = 25,53· 2,4·0,5 = 30,63 Вт.
2. Определим изменение коэффициента теплопередачи при увеличении коэффициента теплоотдачи от воды к стенке в 1,5 2 и 4 раза.
к = == 0,41 276.
Вт/(м2· К),.
к1 = == 0,41 285.
Вт/(м2· К),.
к2 = == 0,41 290.
Вт/(м2· К),.
к3 = == 0,41 297.
Вт/(м2· К),.
3. Определим изменение коэффициента теплопередачи при увеличении коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху в 1,5 2 и 4 раза;
к4 = == 0,61 892.
Вт/(м2· К),.
к5 = == 0,82 492.
Вт/(м2· К),.
к6 = == 1,64 742.
Вт/(м2· К),.
4. Определим мзменение коэффициента теплопередачи при замене стенки на алюминиевую, медную.
λал = 204 Вт/(м· К) — коэффициент теплопроводности алюминия;
λмедь = 385 Вт/(м· К) — коэффициент теплопроводности меди.
к7 = == 0,41 280.
Вт/(м2· К),.
к8 = == 1,41 280.
Вт/(м2· К),.
5. Результаты расчётов представим в виде графиков к=f1(λст), к=f2(αвд); к=f3(αвз).
Рисунок 4.
Рисунок 5.
Рисунок 6.
Как видно из графиков, значительное влияние на изменение коэффициента теплопередачи оказывает только изменение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху, значить для интенсификации процесса теплопередачи, следует проводить действия, оказывающие влияние именно на этот коэффициент (например, изменять скорость движения воздуха).
