Katedra Inżynierii i Aparatury Procesowej
Sesja zimowa 2004/05
oraz Gospodarki Energią
http://
www.edu.pl/kiap
L. Zander
1/2
Przykłady problemów obliczeniowych
1.
W rurowym wymienniku ciepła wewnątrz rury zewnętrznej o średnicy
∅100x2 mm umieszczono 4 rury o średnicy ∅25x1, wewnątrz których
płynie produkt spożywczy. Woda jako nośnik ciepła przepływa
w przestrzeni międzyrurowej z wydajnością 12 m
3
/h. Jaki jest charakter
przepływu wody w przestrzeni międzyrurowej aparatu, którego przekrój
poprzeczny przedstawia szkic obok? Trzeba też umieć odpowiedzieć na
analogiczne pytania dotyczące produktu spożywczego.
2.
Jakie ciśnienie musi wytworzyć pompa pracująca w układzie,
jak na rysunku obok? Średnia prędkość czynnika
w przewodzie wynosi 1,5 m/s, średnica rury 45 mm, całkowita
długość odcinków prostych L= 42 m,
ζ
1
=0,5;
ζ
2
=0,2;
ζ
3
=1,5;
L
e
= 13 m; H=3,3 m. Obliczenia wykonać dla przepływu wody
o temperaturze 40
°C.
3.
W aparacie przeponowym oziębia się 6000 kg/h soku owocowego [c=3,75 kJ/(kg·K)] od
temperatury 55
° do 10°C. Nośnikiem ciepła jest woda lodowa [c=4,19 kJ/(kg·K)] o temperaturze
początkowej 2
°C, przetłaczana z wydajnością 3-krotnie większą od wydajności przepływu soku.
Obliczyć ilość ciepła wymienianego w aparacie i temperaturę końcową wody.
4.
Jaka będzie temperatura mieszaniny wody i skroplin powstających w wyniku bezprzeponowego
kontaktu pary wodnej nasyconej o entalpii 2687 kJ/kg z wodą chłodzącą o temperaturze 12 °C,
jeżeli wiadomo, że skroplenie 1 kg pary wymaga dostarczenia 20 kg wody? Ciepło właściwe
wody przyjąć jako równe 4,19kJ/(kg. °C).
5.
Aparat procesowy pokryty jest warstwą izolacji o grubości 50 mm, wykonanej z waty szklanej
[
λ= 0,04 W/(m·°C)]. Temperatura zewnętrznej powierzchni aparatu wynosi 146°C, temperatura
powierzchni izolacji 32
°C. Obliczyć natężenie przepływu ciepła (jednostkowy strumień cieplny).
Ścianę aparatu można traktować jako płaską.
6.
Rura stalowa ([
λ= 46,5 W/(m·°C)] o średnicy 60×3 mm jest izolowana warstwą korka [λ= 0,047
W/(m·
°C)] o grubości 30 mm i z zewnątrz izolowana jest jeszcze warstwą sowielitu [λ= 0,098
W/(m·
°C)] o grubości 40 mm. Temperatura ścianki rury wynosi -175°C (minus 175°C), zaś
temperatura zewnętrznej powierzchni izolacji równa się 10
°C. Oblicz straty „zimna” (tzn.
strumień ciepła) przez odcinek rury o długości 1 m. Narysuj przekrój rury w skali 1:1.
Jak zmieni się strumień ciepła (strata „zimna”), jeżeli warstwa wewnętrzna zostanie wykonana
z sowielitu (s=40 mm), a warstwa zewnętrzna z korka (s=30 mm)? Wyciągnij wnioski.
7.
Ciecz rzeczywista (np. woda) przepływa rurą ze stali kwasoodpornej [
λ= 17 W/(m·°C)]
z prędkością średnią równą 2 m/s. Przewód ma długość 50 m i średnicę
∅36x1,5 mm.
Temperatura przepływającego czynnika wynosi 55
°C, a średnia temperatura wewnętrznej ściany
rury 50°C, Dla podanych warunków należy narysować schemat rozkładu temperatur, objaśnić
przebieg procesu wymiany ciepła; obliczyć współczynnik wnikania ciepła od czynnika do ściany
i ilość ciepła traconego przez czynnik w przeliczeniu na 1 mb. rury. Trzeba dobrać właściwe
równanie korelacyjne
8.
Narysować schemat rozkładu temperatur i obliczyć jednostkowy strumień ciepła oraz
temperatury ściany płaskiej o grubości s
1
=3 mm wykonanej ze stali kwasoodpornej [
λ
1
= 14,6
W/(m·
°C)] dla następujących danych: t
A
=95
°C, α
A
= 1200 W/(m
2
K), t
B
= 88
°C, α
B
= 850 W/(m
2
K).
po stronie czynnika B na ścianie powstaje warstwa osadu [s
2
=0,2 mm;
λ
2
= 0,24 W/(m·
°C)].
