Przedmiot obieralny 1 Termokinetyka Zadania Przedstawione poniej zadania

Przedmiot obieralny 1. Termokinetyka Zadania Przedstawione poniżej zadania są formą samosprawdzenia przyswojonej wiedzy. Spróbuj rozwiązać je samodzielnie. Jeśli to potrafisz, to nie powinieneś mieć problemów na kolokwium zaliczającym semestr IX

Przewodzenie

Zadanie 1. 1 Osłona termiczna i biologiczna reaktora jądrowego zbudowana jest z betonu o grubości lb=0, 15 m i przewodności cieplnej właściwej lb=1, 3 W/(m. K), warstwy ołowiu o lo=0, 02 m i lo=34, 9 W/(m. K), oraz warstwy betonu żużlowego o lż=0, 4 m i lż=0, 7 W/(m. K). Temperatura wewnętrznej powierzchni betonu wynosi Twew b=180 o. C, temperatura otoczenia To=20 o. C, a zewnętrzny współczynnik przejmowania ciepła a=6 W/(m 2 K). Obliczyć: t gęstość strumienia cieplnego q, temperaturę warstwy ołowiu Twew o, Tzw o. 180 o. C q = 187, 2 W/m 2 Twew o = 158, 4 o. C lb lo lż 20 o. C Twew o= 158, 3 o. C

Zadanie 1. 2 Strop pokoju o powierzchni S=20 m 2 wykonany z betonu o grubości lb=15 cm i przewodności cieplnej właściwej lb=0, 5 W/(m. K), zaizolowano warstwą styropianu grubości ls=10 cm i przewodności cieplnej właściwej ls=0, 05 W/(m. K). Obliczyć o ile można zmniejszyć moc P ogrzewania tego pokoju, przy zachowaniu temperatury w pokoju Tp=20 o. C, i temperaturze strychu Ts=0 o. C. Współczynniki przejmowania ciepła po obu stronach stropu przyjąć równe a=10 W/(m 2 K). Obliczyć: o ile zmniejsza się P ? DP = 640 W

Zadanie 1. 3 Na stalowy rurociąg o średnicy wewnętrznej dw=800 mm i zewnętrznej dzw=820 mm oraz długości L=15 m, od wewnątrz położono warstwę azbestu laz=5 mm, a następnie warstwą szamotu o grubości lsz=60 mm. Temperatura gazów płynących wewnątrz rurociągu Tg=600 o. C, temperatura otoczenia To=20 o. C, współczynniki przejmowania ciepła awew=azw=15 W/(m 2 K), przewodności cieplne l. Fe =78, 6 W/(m. K), laz =0, 163 W/(m. K), lsz =0, 838 W/(m. K). Obliczyć: straty cieplne Pst, Pst = 86 k. W

Zadanie 1. 4 Para o temperaturze Tp=190 o. C przepływa rurociągiem o średnicy dzw=57 mm. Rurociąg otulony jest izolacją o przewodności cieplnej liz =0, 07 W/(m. K). Straty ciepła z 1 m długości rurociągu powinny wynosić Pl=70 W/m, a temperatura zewnętrznej powierzchni izolacji Tzw o iz=60 C, Obliczyć: grubość izolacji liz, liz = 36 mm

Zadanie 1. 5 Długa pozioma rura metalowa z przepływającą gorącą wodą zakopana jest na głębokość h=0, 6 m pod powierzchnią ziemi. Temperatura wody w rurze wynosi T 1=80 o. C, a temperatura gruntu T 2=5 o. C, Rura ma średnicę zewnętrzną d=6 cm. Przewodność cieplna właściwa gruntu l=0, 7 W/(m. K). Obliczyć: straty ciepła z 1 m długości rury P =89, 4 W

Konwekcja

Wartości C i n dla konwekcji swobodnej w układach otwartych Zakres Gr. Pr C n Rodzaje przejmowania ciepła Gr. Pr < 10 -3 0. 5 0 przewodzenie 10 -3 < Gr. Pr < 5*102 1. 18 0. 125 przepływ laminarny 5*102 < Gr. Pr < 2*107 0. 54 0. 25 przepływ przejściowy 2*107 < Gr. Pr < 1013 0. 135 0. 33 przepływ burzliwy Powierzchnia pozioma oddaje ciepło: w dół – C*0. 7 w górę – C*1. 3

Zadanie 2. 1 Wlewek stalowy o h=1. 5 m stygnie w powietrzu o Tot=30 o. C. Temperatura powierzchni wlweka to Tp=180 o. C. Obliczyć gęstość strat ciepła przez konwekcję q? Tot = 30 o. C a=? Typ konwekcji: swobodna Równ kryterialne: Nu = C*(Gr*Pr)n Tp = 180 o. C

Tot = 30 o. C Zadanie 2. 1 c. d. Typ konwekcji: swobodna Równ kryterialne: Tp = 180 o. C a=? Nu = C*(Gr*Pr)n Pr = 0, 69 Gr = 2, 34 1010 Tśr: 105 o. C Parametry powietrza: l = 0, 0324 W/m. K = 23, 7 10 -6 m 2/s Pr = 0, 69 Gr*Pr = 16 109 C=0, 135 n=0, 333 Równ kryterialne: Nu=0, 135(Gr. Pr)0. 33 Współczynnik a = 7. 36 W/(m 2 K) Gęstość mocy qk= 1104 W/m 2

Zadanie 2. 2 Fragment układu elektronicznego ma moc strat P=45 W. Jest on zamknięty w osłonie sześciennej o boku a=28 cm. Osłona jest zamontowana na dobrze izolowanej podstawie. Temperatura otaczającego powietrza Tot=25 o. C. Obliczyć temperaturę osłony. Pominąć wymianę radiacyjną oraz straty przez podstawę. Tot = a=? 25 o. C Tp = ? o. C Parametry powietrza: l = 0, 034 W/m. K = 31 10 -6 m 2/s a= 43, 7 10 -6 m 2/s Pr = 0. 71

Zadanie 2. 4 Wlewek stalowy o wysokości h=1. 5 m stygnie w otaczającym powietrzu o temperaturze tot = 30 o. C. Obliczyć gęstość strat ciepłą przez konwekcję swobodną qk w chwili gdy powierzchnia wlewka ma temperaturę tw = 180 o. C. Dane powietrza: = 23, 7 10 -6 m 2/s l = 0, 0324 W/m. K Pr = 0, 69 qk = 1022 W/m 2 ak = 6, 8 W/m 2 K

Zadanie 2. 3 Pomieszczenie mieszkalne o powierzchni 6*4 m jest ogrzewane podłogowo. Temperatura powietrza w pomieszczeniu to Tot = 20 o. C. Temperatura podłogi Tp = 25 o. C. 1. Obliczyć konwekcyjny współczynnik przejmowania ciepła a 2. Obliczyć moc cieplną ogrzewającą pokój. I. Własności powietrza: l= 0, 0251 W/m. K =15, 7 10 -6 m 2/s Pr=0, 71 a=? P=?

Zadanie 2. 5 Określić wielkość strat cieplnych od rury poziomej o średnicy d=0. 3 m i długości l=10 m. Temperatura powierzchni rury Tr=510 K, temperatura powietrza tot=300 K. Parametry powietrza: l=0. 0327 W/(m. K) =20*10 -6 m 2/s Pr=0. 71 Gr. Pr = 343 106 Nu = 66, 2 a = 7. 2 W/m 2 K P = 14, 3 W/m 2

Zadanie 3. 1 Piec, którego zewnętrzna powierzchnia Sp = 10 m 2 ma temperaturę tp = 75 o. C i emisyjność ep = 0, 85 ustawiony został w dużej hali fabrycznej. Temperatura ścian hali tot = 25 o. C. Obliczyć straty mocy cieplnej na drodze radiacji P r. Pr = 3279 W

Promieniowanie

Zadanie 3. 2 Dwie szare duże płaszczyzny umieszczone są równolegle blisko siebie. Pierwsza z nich na temperaturę T 1=500 K i e=0. 8, druga temperaturę T 2=400 K i e=0. 4 . Pomiędzy płaszczyznami brak konwekcji. Straty na krawędziach pominąć. Obliczyć gęstość powierzchniową mocy wymiany radiacyjnej qr pomiędzy tymi płaszczyznami. qr = 755. 8 W/m 2

Zadanie 3. 3 Powierzchnia płaskiego grzejnika pokryta jest lakierem o współczynniku emisyjności e = 0, 93. Grzejnik promieniuje dyfuzyjnie. Wyznaczyć temperaturę powierzchni, przy której gęstość strumienia cieplnego (wychodzącego) wyniesie q=800 W/m 2. T 1 = 350. 6 K = 77. 6 o. C

Zadanie 3. 4 Pomiędzy dwie blisko ustawione ściany o temperaturach T 1=600 K i T 2=300 K, oraz emisyjnościach e 1=e 2=0, 9 wstawiono ekran z wypolerowanej blachy o emisyjności ee=0, 05. Obliczyć gęstość powierzchniową radiacyjnego strumienia ciepła qr 1 -2 pomiędzy ścianami: 1. przed wprowadzeniem ekranu 2. po wprowadzeniu ekranu 3. oraz temperaturę ekranu 1. qr 1 -2 = 5636 W/m 2 qre 1 -e = qre 2 -e -> Te 2. Te = 512 K qre 1 -2 = 171 W/m 2

Zadanie 3. 5 Temperaturę spalin płynących kanałem zmierzono za pomocą termometru, który wskazał t 1=847 o. C. Końcówka termometru ma emisyjność e 1=0, 7, a współczynnik konwekcyjnego przejmowania ciepła a=20 W/m 2 K. Temperatura ścian kanału wynosi ts=830 o. C. Termometr jest bardzo mały w stosunku do ścian komory. Obliczyć: 1. rzeczywistą temperaturę spalin T spalin = 1032 o. C

Zadanie 11 -1 Obliczyć temperaturę, przy której ciało doskonale czarne dla długości fali l = 0. 7 mm wykazuje monochromatyczną gęstość strumienia cieplnego ( gęstość mocy) m l = 102 W/m 2 mm Stałe we wzorze Plancka C 2 = 1. 4387 104 mm K C 1 = 3. 743 108 W mm 4/m 2 T = 1215 K

Zadanie 11 -2 Ciało doskonale czarne emituje w temperaturze T = 1500 K. Obliczyć maksymalną monochromatyczną gęstość strumienia cieplnego m l, max Stałe we wzorze Plancka C 2 = 1. 4387 104 mm K C 1 = 3. 743 108 W mm 4/m 2 Stała we wzorze Wiena C = 2897. 6 mm K lmax = 1. 93 mm m l, max = 97. 766 k. W/m 2 mm

Zadanie 11 -8 Wolframowy żarnik żarówki o e=0. 3 ma temperaturę T = 2300 K Obliczyć gęstość mocy wypromieniowywanej przez ten żarnik Stała σ = 5, 669 10 -8 W/m 2 K 4 q = 6. 96 k. W/m 2

Zadanie 11 -10 Otwór w bloku modelującym ciało doskonale czarne ma powierzchnie S=1 cm 2. Przez ten otwór emitowana jest moc P=5. 67 W. Określ temperaturę ciała doskonale czarnego Stała σ = 5, 669 10 -8 W/m 2 K 4 T = 1000 K