Przedmiot obieralny

1. 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

2. Przewodzenie

3. Zadanie 1.1 t 180oC lo lb lż 20oC Osłona termiczna i biologiczna reaktora jądrowego zbudowana jest z betonu o grubości lb=0,15m i przewodności cieplnej właściwej lb=1,3 W/(mK), warstwy ołowiu o lo=0,02m i lo=34,9 W/(mK), oraz warstwy betonu żużlowego o lż=0,4m i lż=0,7 W/(mK). Temperatura wewnętrznej powierzchni betonu wynosi Twewb=180oC, temperatura otoczenia To=20oC, a zewnętrzny współczynnik przejmowania ciepła a=6 W/(m2K). Obliczyć: gęstość strumienia cieplnego q, temperaturę warstwy ołowiu Twewo, Tzw o. q = 187,2 W/m2 Twewo = 158,4 oC Twewo= 158,3 oC

4. Zadanie 1.2 Strop pokoju o powierzchni S=20 m2 wykonany z betonu o grubości lb=15 cm i przewodności cieplnej właściwej lb=0,5 W/(mK), zaizolowano warstwą styropianu grubości ls=10 cm i przewodności cieplnej właściwej ls=0,05 W/(mK). Obliczyć o ile można zmniejszyć moc P ogrzewania tego pokoju, przy zachowaniu temperatury w pokoju Tp=20oC, i temperaturze strychu Ts=0oC. Współczynniki przejmowania ciepła po obu stronach stropu przyjąć równe a=10 W/(m2K). Obliczyć: o ile zmniejsza się P ? DP = 640 W

5. 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=600oC, temperatura otoczenia To=20oC, współczynniki przejmowania ciepła awew=azw=15 W/(m2K), przewodności cieplne lFe =78,6 W/(mK), laz =0,163 W/(mK), lsz =0,838 W/(mK). Obliczyć: straty cieplne Pst, Pst = 86 kW

6. Zadanie 1.4 Para o temperaturze Tp=190oC przepływa rurociągiem o średnicy dzw=57 mm. Rurociąg otulony jest izolacją o przewodności cieplnej liz =0,07 W/(mK). Straty ciepła z 1m długości rurociągu powinny wynosić Pl=70 W/m, a temperatura zewnętrznej powierzchni izolacji Tzw iz=60oC, Obliczyć: grubość izolacji liz, liz = 36 mm

7. Zadanie 1.5 Długa pozioma rura metalowa z przepływającą gorącą wodą zakopana jest na głębokość h=0,6m pod powierzchnią ziemi. Temperatura wody w rurze wynosi T1=80 oC, a temperatura gruntu T2=5 oC, Rura ma średnicę zewnętrzną d=6cm. Przewodność cieplna właściwa gruntu l=0,7 W/(mK) . Obliczyć: straty ciepła z 1 m długości rury P =89,4 W

8. Konwekcja

9. Wartości C i n dla konwekcji swobodnej w układach otwartych Powierzchnia pozioma oddaje ciepło: w dół – C*0.7 w górę – C*1.3

10. Tot = 30oC Typ konwekcji: swobodna Równ kryterialne: Nu = C*(Gr*Pr)n Tp = 180oC a=? Zadanie 2.1 Wlewek stalowy o h=1.5m stygnie w powietrzu o Tot=30oC. Temperatura powierzchni wlweka to Tp=180oC. Obliczyć gęstość strat ciepła przez konwekcję q?

11. Równ kryterialne: Nu = C*(Gr*Pr)n Tot = 30oC Typ konwekcji: swobodna Tp = 180oC a=? Zadanie 2.1 c.d. Pr = 0,69 Gr = 2,34 1010 C=0,135 n=0,333 Tśr: 105 oC Gr*Pr = 16 109 Parametry powietrza: l = 0,0324 W/mK = 23,7 10-6 m2/s Pr = 0,69 Nu=0,135(GrPr)0.33 Równ kryterialne: 7.36 W/(m2K) Współczynnik a = 1104 W/m2 Gęstość mocy qk=

12. Tot = 25oC Tp = ? oC a=? Zadanie 2.2 Fragment układu elektronicznego ma moc strat P=45W. Jest on zamknięty w osłonie sześciennej o boku a=28cm. Osłona jest zamontowana na dobrze izolowanej podstawie. Temperatura otaczającego powietrza Tot=25oC. Obliczyć temperaturę osłony. Pominąć wymianę radiacyjną oraz straty przez podstawę. Parametry powietrza: l = 0,034 W/mK = 31 10-6 m2/s a= 43,7 10-6 m2/s Pr = 0.71

13. Zadanie 2.4 Wlewek stalowy o wysokości h=1.5m stygnie w otaczającym powietrzu o temperaturze tot = 30oC. Obliczyć gęstość strat ciepłą przez konwekcję swobodną qk w chwili gdy powierzchnia wlewka ma temperaturę tw = 180oC. Dane powietrza: n = 23,7 10-6 m2/s l = 0,0324 W/mK Pr = 0,69 qk = 1022 W/m2ak = 6,8 W/m2K

14. I. Własności powietrza: • = 0,0251 W/mK =15,7 10-6 m2/s Pr=0,71 Zadanie 2.3 Pomieszczenie mieszkalne o powierzchni 6*4 m jest ogrzewane podłogowo. Temperatura powietrza w pomieszczeniu to Tot = 20oC. Temperatura podłogi Tp = 25oC. 1. Obliczyć konwekcyjny współczynnik przejmowania ciepła a 2. Obliczyć moc cieplną ogrzewającą pokój. • =? • P=?

15. Zadanie 2.5 Określić wielkość strat cieplnych od rury poziomej o średnicy d=0.3m i długości l=10m. Temperatura powierzchni rury Tr=510K, temperatura powietrza tot=300K. Parametry powietrza: l=0.0327 W/(mK) =20*10-6 m2/s Pr=0.71 GrPr = 343 106 Nu = 66,2 a = 7.2 W/m2K P = 14,3 W/m2

16. Zadanie 3.1 Piec, którego zewnętrzna powierzchnia Sp = 10 m2 ma temperaturę tp = 75oC i emisyjność ep = 0,85 ustawiony został w dużej hali fabrycznej. Temperatura ścian hali tot = 25oC. Obliczyć straty mocy cieplnej na drodze radiacji Pr. Pr = 3279 W

17. Promieniowanie

18. Zadanie 3.2 Dwie szare duże płaszczyzny umieszczone są równolegle blisko siebie. Pierwsza z nich na temperaturę T1=500K i e=0.8, druga temperaturę T2=400K 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/m2

19. 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/m2. T1 = 350.6K = 77.6oC

20. Zadanie 3.4 • Pomiędzy dwie blisko ustawione ściany o temperaturach T1=600K i T2=300K, oraz emisyjnościach e1=e2=0,9 wstawiono ekran z wypolerowanej blachy o emisyjności ee=0,05. Obliczyć gęstość powierzchniową radiacyjnego strumienia ciepła qr 1-2 pomiędzy ścianami: • przed wprowadzeniem ekranu • po wprowadzeniu ekranu • oraz temperaturę ekranu 1. qr 1-2 = 5636 W/m2 qre 1-e = qre 2-e -> Te 2. Te = 512K qre 1-2 = 171 W/m2

21. Zadanie 3.5 • Temperaturę spalin płynących kanałem zmierzono za pomocą termometru, który wskazał t1=847oC. Końcówka termometru ma emisyjność e1=0,7, a współczynnik konwekcyjnego przejmowania ciepła a=20 W/m2K. Temperatura ścian kanału wynosi ts=830oC. Termometr jest bardzo mały w stosunku do ścian komory. Obliczyć: • rzeczywistą temperaturę spalin T spalin = 1032 oC

22. Zadanie 11-1 Obliczyć temperaturę, przy której ciało doskonale czarne dla długości fali l = 0.7 0.7 mm wykazuje monochromatyczną gęstość strumienia cieplnego ( gęstość mocy) m l = 102 W/m2mm Stałe we wzorze Plancka C2 = 1.4387 104mm K C1 = 3.743 108 W mm4/m2 T = 1215 K

23. Zadanie 11-2 Ciało doskonale czarne emituje w temperaturze T = 1500K. Obliczyć maksymalną monochromatyczną gęstość strumienia cieplnego m l, max Stałe we wzorze Plancka C2 = 1.4387 104mm K C1 = 3.743 108 W mm4/m2 Stała we wzorze Wiena C = 2897.6mm K lmax = 1.93 mm m l, max = 97.766 kW/m2mm

24. Zadanie 11-8 Wolframowy żarnik żarówki o e=0.3 ma temperaturę T = 2300K Obliczyć gęstość mocy wypromieniowywanej przez ten żarnik Stała σ = 5,669 10-8 W/m2K4 q= 6.96 kW/m2

25. Zadanie 11-10 Otwór w bloku modelującym ciało doskonale czarne ma powierzchnie S=1 cm2. Przez ten otwór emitowana jest moc P=5.67 W. Określ temperaturę ciała doskonale czarnego Stała σ = 5,669 10-8 W/m2K4 T= 1000 K