wckolekcja

Egzamin z Wymiany Ciepła, 9.02.2009, Grupa A

1.    Transformator energetyczny generujący maksymalnie 0=5kW ciepła ma następujące wymiary zewnętrzne: szerokość o=700mm, długość ń=1200mm, wysokość ń=1000mm. Zaprojektuj ożebrowanie na powierzchni zewnętrznej obudowy (minimalna liczba żeber ń=? lub maksymalna podziałka s=?) tak, aby temperatura oleju chłodzącego wewnątrz obudowy nie przekroczyła r»=150°C. Przyjąć, że najbardziej niekorzystne warunki pracy występują w lecie, gdy temperatura otoczenia sięga r«=30°C, a współczynniki przejmowania ciepła na powierzchniach są równe: zewnętrznych ai=6W/(m²K), wewnętrznych a,=100W/(m²K). Grubość obudowy jest równa rf=1.0cm, a materiał obudowy to żeliwo o przewodności cieplnej A=52W/(mK). Zalecane są żebra proste prostokątne o wymiarach w przekroju poprzecznym far<9=1000xl0mm i wysokości #=150mm, wykonane z tego samego materiału co obudowa i zamocowane pionowo na powierzchniach bocznych transformatora. Po stronie wewnętrznej znajduje się zespolona z obudową warstwa izolatora elektrycznego o grubości d<=\Omm i /ł,=0.7W/(mK). Uproszczenie: przyjąć powierzchnię wewnętrzną obudowy równą powierzchni zewnętrznej (przed zamocowaniem żeber).

2.    W kotle o mocy £>=50kW wrze woda pod ciśnieniem p„=0.476MPa. Zakładając, że 60% energii wydzielonej w kotle dociera do wody, obliczyć temperaturę powierzchni grzejnej po stronie wody oraz strumień masowy pary powstający w ciągu godziny. Powierzchnię grzejną o polu powierzchni ^=0.25m² wykonano ze stali stopowej mechanicznie polerowanej. Założyć wrzenie pęcherzykowe.

Kolokwium I, Wymiana Ciepła 2.12.2009

1.    Cylinder silnika motoru jest wykonany ze stopu aluminium o przewodności cieplnej k=186W/(mK) i ma: wysokość H=0.15m oraz średnicę zewnętrzną D=50mm. W typowych warunkach pracy powierzchnia zewnętrzna cylindra ma temperaturę T₂=500K a otaczające powietrze T„=300K. Współczynnik przejmowania ciepła na wszystkich powierzchniach zewnętrznych jest równy <x=50W/(m²K). W celu zwiększenia ilości ciepła odprowadzanego do otoczenia na cylindrze zamontowano 5 żeber okrągłych o przekroju prostokątnym, grubości t=6mm i wysokości L=20mm. Jak się zmieni strumień oddawany przez cylinder do otoczenia po zamontowaniu żeber.

2.    Magazyn ciepła wykonany jest z płyt aluminiowych o grubości W=0.05m i początkowej temperaturze T₀=25°C. Magazyn jest ładowany przez przepływający gorący gaz o T*=600°C. Współczynnik przejmowania ciepła na powierzchniach wynosi a=100W/(m²K). Jaki jest czas potrzebny od załadowania magazynu w 75%? Jaka jest temperatura płyt aluminiowych po tym czasie? Przyjąć następujące parametry termofizyczne aluminium: p=2700kg/m\ k=240W/(mK), Cp=950J/(kgK).

kol.B,(3.0«.MM0    Cr.paB

W rurze o średnicach wewnętrznej d_w=10cm i zewnętrznej d₂=l lcm oraz o przewodności cieplnej X=15W/(m K), płynie woda o temperaturze ti=80°C i wydatku masowym m =0,5kg/s. Rura na odcinku L=10m umieszczona jest w nieruchomym powietrzu pod ciśnieniem atmosferycznym o temperaturze tp=20°C. Wyznaczyć strumień ciepła wymienianego pomiędzy czynnikami. W pierwszym przybliżeniu można założyć, że temperatura wody zmniejszy się nieznacznie. Powołując się na wzory kiyterialne, koniecznie należy podać źródło, z którego są cytowane.

Wymiana Ciepła 2010, gr. A    EY4M C2.1

Układ chłodzenia składa się z dwóch równoległych płyt aluminiowych o wymiarach AxBxt=100x200x1mm, odległych od siebie o L=12mm, połączonych ze sobą n=50 żebrami prostymi, aluminiowymi o przekroju prostokątnym i grubości t=lmm (rys.). Ze względu na ograniczenia związane z temperaturą pracy urządzenia elektronicznego chłodzonego przy pomocy tego układu, temperatura na powierzchniach zewnętrznych płyt równoległych nie może przekraczać T_max=400K. Jaka jest maksymalna moc cieplna emitowana przez urządzenie elektroniczne, zakładając, że po obu stronach układu odbierane są takie same strumienie ciepła? Temperatura powietrza chłodzącego wynosi T«=300K, współczynnik przejmowania ciepła na wszystkich powierzchniach zewnętrznych jest równy a=150W/(m²K), parametry materiałowe aluminium: p=2700kg/m³, k=240W/(mK), Cp=950J/(kgK). Założyć symetrię w płaszczyźnie prostopadłej do żeber.

Wymiana Ciepła 2010, gr. B    EXAM Cl. IŁ

Powietrze o ciśnieniu p=0,1 MPa i temperaturze T_n=30°C wpływa do sześciu prostokątnych kanałów (wymiary a=6mm, b=25mm). Zakładając, że temperatura powierzchni wewnętrznej kanałów wynosi T_W=60°C, a na wylocie z nagrzewnicy powietrze ma temperaturę T_G=50°C, obliczyć długość kanałów. Moc cieplna urządzenia wynosi 10W.

Wymiana Ciepła (Egzamin teoretyczny w dniu 29 stycznia 2010)

1 Zdefiniuj opór cieplny przewodzenia. Jakie czynniki wpływają na wartość tego oporu?    ...

2.    Co to jest sprawność żebra? Czy wzrost wartości współczynnika przejmowania ciepła wpływa na zmniejszenie czy zwiększenie sprawności

3.    Podaj definicję liczby Biota. Jakimi charakterystycznymi cechami charakteryzuje się nieustalona wymiana ciepła w ciele stałym przy liczbie

4.    Naiysufrozkład temperatury w stanie nieustalonym w pobliżu powierzchni dwóch ciał stałych, o różnych początkowych temperaturach, po ich zetknięciu Jak można oszacować temperaturę styku i jak długo będzie się ona utrzymywała na niezmiennym poziomie?

5.    Co to jest termiczna warstwa przyścienna? Jakie czynniki i w jaki sposób wpływają na termiczną warstwę przyścienną? W jaki sposób termiczna warstwa przyścienna jest związana ze współczynnikiem przejmowania ciepła?

6.    Liczba Prandtla dla wody jest większa od jedności. Która z warstw przyściennych jest grubsza hydrodynamiczna czy termiczna?

7* Co to jest średnica hydrauliczna. W jakich przypadkach jest używana?    ...

8.    Zdefiniuj liczbę Grashofa. Podaj jej interpretację fizyczną oraz omów w jakich zagadnieniach jest wykorzystywana.

9.    Omów w jaki sposób kąt zwilżania nowej fazy wpływa na intensywność wymiany ciepła przy skraplaniu i wrzeniu.

10.    Co to jest ciało szare? Jakie prawa obowiązują dla promieniowania cieplnego ciał szarych?

Grupa A    EXAM Cl.IL

Kolektor słoneczny o wymiarach Z.xL=6mx6m jest zainstalowany w pozycji poziomej na dachu budynku. Absorbowana gęstość strumienia ciepła wynosi q_a=600W/m², a temperatura powierzchni kolektora jest równa T_w=68°C. Część absorbowanej energii słonecznej jest tracona na drodze konwekcji dc otaczającego powietrza o temperaturze 7^=12°C. Pozostałą część odbiera woda przepływająca przez kolektor. Określ objętościowy strumień wody V_fi jeżeli wiadomo, że przyrost temperatury wody w kolektorze jest równy d7j=20°C. Przyjąć gęstość oraz ciepło właściwe wody równe- A=1000ke/m³ C/!r4.19kJ/(kgK).    ' *

Wymiana Ciepła I (egzamin teoretyczny w dniu 5-tego lutego 2010)

1.    Krótko opisz różne mechanizmy wymiany ciepła. Podaj w jakich sytuacjach one dominują.

2.    Jakie dodatkowe informacje są potrzebne do rozwiązania równania przewodzenia ciepła?

3.    Podaj definicję gęstości wewnętrznych źródeł ciepła. Wymień zjawiska prowadzące do generacji ciepła w ciałach stałych.

4.    Zdefiniuj liczbę podobieństwa Fouriera oraz podaj jej interpretację fizyczną.

5.    Przedyskutuj sposób doboru temperatury odniesienia dla płynu, temperatury występującej w definicji współczynnika przejmowania ciepła.

6.    Napisz czy wzrost długości przewodu powoduje wzrost czy malenie współczynnika przejmowania ciepła przy przepływie płynu przez ten przewód.

7. Co to jest konwekcja swobodna? Jakie warunki powinny być spełnione aby ona występowała?

8. Napisz czy większe obniżenie temperatury ścianki poniżej temperatury skraplania pary sprzyja wzrostowi czy zmniejszeniu intensywności wymiany ciepła.

9.    Narysuj i opisz krzywą wrzenia.

10.    Podaj definicję jasności i opromieniowania powierzchni na drodze promieniowania.