Условие:
Вы знаете, что теплоперенос может осуществляться различными способами, в том числе без переноса массы. Вам необходимо провести сравнительный анализ этих способов.
Справочные данные
Плотность воды 1000 кг/м3
Плотность водяного пара (при условиях, рассматриваемых в данной задаче) считать равной 700 кг/м3
Плотность меди - 8900 кг/м3
Удельная теплоемкость воды 4200 .
Удельная теплоемкость меди 390 .
Удельная теплота испарения воды 225000.
Поток теплоты – количество теплоты, переносимой в единицу времени
Коэффициент теплопроводности меди 390
Часть 1. Вода по трубам.
Рассмотрим традиционный способ передачи теплоты – посредством перекачки горячей воды. Пусть горячая вода ( 90 градусов по цельсию) перекачивается из котла нагревателя по трубе диаметром 5 см и длиной 10 м со скоростью 10 м/с к холодильнику, где остывает до температуры 20 градус по цельсию . Считайте, что потерями теплоты при движении жидкости по трубе можно пренебречь.
Найдите поток теплоты, переносимой в этих условиях.
Часть 2. Теплопроводность
Теплоперенос может осуществляться посредством теплопередачи по неподвижному стержню. Для исследования этого способа передачи создана следующая установка. Медный стержень диаметром 5 см и длиной 10 м одним концом соединен с нагревателем, поддерживающим постоянную температуру 90 градус по цельсию , а вторым с холодильником, поддерживающим постоянную температуру 20 градусов по цельсию . Боковая поверхность стержня теплоизолирована.
При каком распределении температуры вдоль стержня поток теплоты по нему будет постоянным? Запишите формулу, описывающую зависимость температуры стержня от расстояния до его горячего конца в стационарном случае.
Какое количество теплоты потребуется, что нагреть стержень, до такого распределения температур, при котором поток теплоты по нему будет постоянным? Начальная температура стержня 20 градусов по цельсию .
Найдите поток теплоты по стержню в установившемся режиме теплопередачи (т.е. когда этот поток постоянен).
Часть 3. Испарение и конденсация
В природе теплоперенос в больших масштабах осуществляется посредством испарения и конденсации воды. Попытайтесь оценить возможности такого способа теплопередачи.
Пусть в теплоизолированную трубу диаметром 5 см и длиной 10 м поступает водяной пар при температуре 90 градусов по цельсию , движется по ней со средней скоростью 50 м/с и конденсируется на другом конце трубы. Считайте, что сконденсировавшаяся вода остывает до температуры 20 градусов по цельсию.
Найдите поток теплоты, переносимой паром в этой установке.
