Transport ciepła  zestaw 1
1. Jedna ze ścian pieca zbudowana jest z cegły szamotowej. Jej pole powierzchni wynosi 10 m2,
a grubość 200 mm. Temperatura wewnÄ™trznej powierzchni wynosi 800 °C. StrumieÅ„ ciepÅ‚a
przewodzonego przez ścianę wynosi 26200 J/s (26200W), a współczynnik przewodzenia szamotu
wynosi  = 0,7 W/(mÅ"K). Oblicz jakÄ… temperaturÄ™ ma zewnÄ™trzna strona Å›ciany. Jaki maksymalny
strumień ciepła mo\
e być przewodzony przez tę ścianę, aby temperatura zewnętrznej powierzchni
nie przekroczyÅ‚a 25 °C.
2. Płaska ściana aparatu wykonanego z blachy stalowej o grubości 5 mm jest wyło\
ona od wewnÄ…trz
wykładziną z cegieł kwasoodpornych o grubości 50 mm, zaś z zewnątrz jest zaizolowana warstwą
azbestu o grubości 80 mm.
a) Obliczyć straty cieplne 1 m2 ściany, jeśli temperatura wewnętrznej powierzchni ściany
trójwarstwowej (po stronie cegieÅ‚ kwasoodpornych) jest równa 200 °C, zaÅ› temperatura
zewnÄ™trznej strony azbestu wynosi 25 °C,
b) Określić temperaturę wewnętrznej powierzchni blachy.
Współczynniki przewodzenia ciepła wynoszą:
cegÅ‚y kwasoodpornej 1 = 0,8 W/(mÅ"K), stali 2 = 45 W/(mÅ"K), azbestu 3 = 0,14 W/(mÅ"K).
3. Stalowa rura o średnicy zewnętrznej 102 mm jest zaizolowana warstwą waty mineralnej o grubości
s = 70 mm. Ró\
nica temperatur (stwierdzona na podstawie pomiarów) między wewnętrzną i
zewnętrzną powierzchnią izolacji wynosi 200 K. Obliczyć straty cieplne rury, jeśli jej długość jest
równa 15 m. Współczynnik przewodzenia waty mineralnej wynosi  = 0,05 W/(mÅ"K).
4. Kanałem o przekroju prostokątnym 200 x 300 mm przepływa powietrze z prędkością liniową
15 m/s. Obliczyć współczynnik wnikania ciepła od ścianek kanału, je\
eli średnia temperatura
powietrza jest równa 40 °C. Parametry fizykochemiczne powietrza w temperaturze 40 °C wynoszÄ…:
Á = 1,092 kg/m3, · = 19,12Å"10-6 PaÅ"s,  = 0,0265 W/(mÅ"K), Pr = 0,71.
5. Rurkami o średnicy wewnętrznej 51,5 mm pod ciśnieniem zbli\
onym do atmosferycznego
przepÅ‚ywa azot w Å›redniej temperaturze 200 °C. Obliczyć współczynnik wnikania ciepÅ‚a jeÅ›li
prÄ™dkość przepÅ‚ywu wynosi 13,5 m/s, a parametry fizykochemiczne azotu w 200 °C wynoszÄ…:
· = 24,6Å"10-6 PaÅ"s,  = 0,0356 W/(mÅ"K).
6. Dla wstępnego ogrzania roztworu azotanu sodu kierowanego do wyparki wykorzystuje się
przegrzanÄ… parÄ™ grzejnÄ…. Roztwór ogrzewany jest od temperatury 20 °C do temperatury wrzenia
równej 110 °C. Wskutek tego przepÅ‚ywajÄ…ca przez wymiennik para ochÅ‚adza siÄ™ od temperatury
200 °C do 130 °C. Obliczyć zastÄ™pcze ró\
nice temperatur w przypadku gdy strumienie płyną przez
wymiennik przeciwprądowo oraz współprądowo. Określić oszczędności powierzchni grzejnej ,
które wynikają z zastosowania przeciwprądu, je\
eli współczynnik przenikania ciepła oraz
strumienie ciepła w obu przypadkach są jednakowe.
7. W wymienniku ciepła nale\
y ogrzać 0,611 kg/s roztworu od temperatury 20 °C do 90 °C. CiepÅ‚o
wÅ‚aÅ›ciwe roztworu wynosi 3,81 kJ/(kgÅ"K). Czynnikiem grzewczym jest kondensat pary wodnej o
temperaturze 130 °C. Nale\
y przyjąć, \
e temperatura końcowa kondensatu będzie wy\
sza od
odpowiedniej temperatury roztworu o 20 K. Obliczyć pole powierzchni grzejnej dla współ- oraz dla
przeciwprÄ…du je\
eli współczynnik przenikania ciepÅ‚a w obu przypadkach wynosi 450 W/(m2Å"K).
Porównać tak\
e zu\
ycie czynnika grzejnego w obu przypadkach (przy zaniedbaniu strat ciepła).
8. W wymienniku ciepła nale\
y ochłodzić strumień 0,28 kg/s cieczy o cieple właściwym
3,8 kJ/(kgÅ"K) od temperatury 95 °C do temperatury 40 °C. Czynnikiem chÅ‚odzÄ…cym jest woda
o temperaturze poczÄ…tkowej 20 °C (ciepÅ‚o wÅ‚aÅ›ciwe wody cp = 4,18 kJ/(kgÅ"K)). StrumieÅ„ wody
wynosi 0,56 kg/s. Jakie powinno być pole powierzchni chłodzącej wymiennika ciepła przy
wykorzystaniu: a) współprądu, b) przeciwprądu, je\
eli współczynnik przenikania ciepła jest równy
250 W/m2Å"K).
1