ZESTAW 7

Podstawy konwekcyjnej wymiany ciepła

Zadanie 1
Przez dyfuzor przedstawiony na rysunku przepływa woda o temperaturze 20 °C. Masowy strumień
przepływu wynosi 8 [kg/s]. Średnica dyfuzora w sekcji 1 wynosi 3 [cm], a w sekcji 2, 7 [cm].
Wyznacz wzrost ciśnienia statycznego pomiędzy sekcjami (w obliczeniach pominąć lepkość płynu).

Zadanie 2
Oblicz stosunek grubości termicznej warstwy przyściennej do grubości hydrodynamicznej warstwy
przyściennej dla powietrza i gliceryny pod ciśnieniem 1 [atm] i w temperaturze 20[°C].

Zadanie 3
Lokalne ciśnienie atmosferyczne w Denver (Colorado, 1610 [m] n.p.m.) wynosi 83,4 [kPa]. Powietrze
w tych warunkach i w temperaturze 30[°C] opływa płaską płytę o temperaturze 120[°C], o wymiarach
2,5 x 8 [m] z prędkością 6 [m/s]. Określ szybkość wymiany ciepła z płyty, jeśli powietrze płynie
równolegle

do:

a) 8-metrowej krawędzi, b) 2,5-metrowej krawędzi. Własności powietrza dla średniej temperatury
((120+30)/2=75[°C]): λ=0,029 [W/(mK)], ν=2,486∙10

-5

[m

2

/s], Pr=0,7166.

Zadanie 4
Dach wagonu pociągu pasażerskiego, poruszającego się z prędkością 70 [km/h], ma wymiary 2,8 x 8
[m]. Powierzchnia dachu absorbuje promieniowanie słoneczne w ilości q=200 [W/m

2

], a powietrze

wokół dachu ma temperaturę 30[°C]. Zakładając, że dach wagonu jest idealnie zaizolowany i
pomijając radiacyjną wymianę ciepła, określić temperaturę powierzchni dachu wagonu. Własności
powietrza w 30[°C]: ν= 1,608∙10

-5

[m

2

/s], Pr=0,7282, λ=0,02588 [W/(mK)].

Zadanie 5
Kula, ze stali nierdzewnej (ρ=8055 [kg/m

3

], c=480 [J/kgK]) o średnicy 15 [cm] i jednolitej

temperaturze 350[°C], zostaje wyciągnięta z pieca. Następnie kula omywana jest powietrzem o
ciśnieni

1

[atm]

i temperaturze 30[°C] płynącym z prędkością 6 [m/s]. Temperatura powierzchni kuli po pewnym
czasie spada do 250[°C]. Określ średni współczynnik konwekcyjnej wymiany ciepła w procesie
chłodzenia i oblicz jak długo potrwa chłodzenie. Własności powietrza w danych warunkach:
λ=0,02588

[W/(mK)],

ν=

1,608∙10

-5

[m

2

/s],

μ

͚

=1,872

∙10

-5

[kg/(ms)], μ

s, 300°

=

2,934

∙10

-5

[kg/(ms)], Pr=0,7282.

Zadanie 6
Osoba stojąca w wietrzny dzień na łące, w celu poczucia „natury bliżej” rozkłada ramiona pod kątem
prostym do reszty ciała. Temperatura na łące wynosi 12,22[°C] a wiatr wieje z prędkością 8,94 [m/s].
Początkowa temperatura skóry na ramionach wynosi 30[°C]. Przybliżając kształt ramiona walcem
o średnicy 7,62 [cm] i długości 61 [cm], określ stratę ciepła z jednego ramienia. Własności powietrza
dla średniej temperatury: λ=0,021 [W/(mK)], ν=1,528∙10

-5

[m

2

/s], Pr=0,7306.