Pregunta
upstudy study bank question image url

\( 9-50 \) A \( 10-\mathrm{m} \)-long section of a \( 6-\mathrm{cm} \)-diameter horizontal hot- water pipe passes through a large room whose temperature is \( 27^{\circ} \mathrm{C} \). If the temperature and the emissivity of the outer surface of the pipe are \( 73^{\circ} \mathrm{C} \) and 0.8 , respectively, determine the rate of heat loss from the pipe by \( (a) \) natural convection and \( (b) \) radiation.

Ask by Wilson Chadwick. in Thailand
Jan 20,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

Responder

อัตราการสูญเสียความร้อนจากท่อคือ: - **(a) การพาความร้อนธรรมชาติ:** ประมาณ 506 วัตต์ - **(b) การแผ่รังสี:** ประมาณ 532 วัตต์

Solución

เพื่อหาค่าอัตราการสูญเสียความร้อนจากท่อด้วย (a) การพาความร้อนธรรมชาติ และ (b) การแผ่รังสี เราสามารถดำเนินการดังนี้: ### ข้อมูลที่ให้มา: - **ความยาวของท่อ (L):** 10 เมตร - **เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (D):** 6 เซนติเมตร (0.06 เมตร) - **อุณหภูมิผิวท่อ (Tₛ):** 73°C - **อุณหภูมิห้อง (T_amb):** 27°C - **ค่าเอยมิสซี (ε):** 0.8 - **ค่าคงที่ความร้อนของอากาศ:** - **ค่าการนำความร้อน (k):** ~0.0296 W/m·K - **ความหนืดเชิงหน้าช่อง (ν):** ~1.5×10⁻⁵ m²/s - **เลขพรานต์ (Pr):** ~0.71 ### การแปลงหน่วย: - อุณหภูมิเป็นเคลวิน: - Tₛ = 73°C + 273 = 346 K - T_amb = 27°C + 273 = 300 K - ความต่างอุณหภูมิ (ΔT): 346 K - 300 K = 46 K ### ส่วนที่ (a) การพาความร้อนธรรมชาติ 1. **คำนวณพื้นที่ผิวของท่อ (A):** \[ A = \pi D L = \pi \times 0.06 \times 10 \approx 1.884 \, \text{ตารางเมตร} \] 2. **คำนวณเลขนูส (Nu) สำหรับการพาความร้อนธรรมชาติ:** ใช้สมการของ Churchill และ Chu: \[ Nu = \left[0.60 + \frac{0.387 \times Ra^{1/6}}{\left(1 + \left(\frac{0.492}{Pr}\right)^{9/16}\right)^{4/9}}\right]^2 \] 3. **คำนวณเลขเรย์ลี่ (Ra):** \[ Gr = \frac{g \beta \Delta T D^3}{\nu^2} \approx 1.337 \times 10^6 \] \[ Ra = Gr \times Pr \approx 9.5 \times 10^5 \] 4. **คำนวณเลขนูส (Nu):** \[ Nu \approx 11.9 \] 5. **หาค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อน (h):** \[ h = \frac{Nu \times k}{D} = \frac{11.9 \times 0.0296}{0.06} \approx 5.86 \, \text{W/m²·K} \] 6. **คำนวณอัตราการพาความร้อน (Q_conv):** \[ Q_{conv} = h \times A \times \Delta T \approx 5.86 \times 1.884 \times 46 \approx 506 \, \text{วัตต์} \] ### ส่วนที่ (b) การแผ่รังสี 1. **ใช้สมการการแผ่รังสีของสเตฟาน-โบลตซมัน:** \[ Q_{rad} = \epsilon \sigma A (T_s^4 - T_{amb}^4) \] โดยที่ \(\sigma = 5.67 \times 10^{-8} \, \text{W/m²·K}^4\) 2. **คำนวณ \(T_s^4 - T_{amb}^4\):** \[ 346^4 - 300^4 \approx 6.224 \times 10^9 \, \text{K}^4 \] 3. **คำนวณอัตราการแผ่รังสี (Q_rad):** \[ Q_{rad} = 0.8 \times 5.67 \times 10^{-8} \times 1.884 \times 6.224 \times 10^9 \approx 532 \, \text{วัตต์} \] ### สรุปผลลัพธ์: - **(a) อัตราการสูญเสียความร้อนด้วยการพาความร้อนธรรมชาติ:** ประมาณ **506 วัตต์** - **(b) อัตราการสูญเสียความร้อนด้วยการแผ่รังสี:** ประมาณ **532 วัตต์**

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

error msg
Explicar
Simplifique esta solución

Mind Expander

To determine the rate of heat loss from the pipe, we'll go through the calculations for both natural convection and radiation step by step. ### (a) Natural Convection The rate of heat loss by natural convection can be calculated using Newton's law of cooling: \[ Q_{\text{conv}} = h A (T_{\text{pipe}} - T_{\text{room}}) \] **Where:** - \( Q_{\text{conv}} \) = heat loss by convection (W) - \( h \) = convective heat transfer coefficient (W/m²·K) (typically for air around 5-25 W/m²·K) - \( A \) = surface area of the pipe (m²) - \( T_{\text{pipe}} \) = temperature of the pipe (K) - \( T_{\text{room}} \) = temperature of the room (K) 1. **Find the surface area \( A \) of the pipe:** \[ A = \pi D L \] Where: - \( D = 0.06 \) m (diameter of the pipe) - \( L = 10 \) m (length of the pipe) \[ A = \pi \times 0.06 \times 10 \approx 1.884 \ \text{m}^2 \] 2. **Temperature Conversion:** \[ T_{\text{pipe}} = 73 + 273.15 = 346.15 \ \text{K} \] \[ T_{\text{room}} = 27 + 273.15 = 300.15 \ \text{K} \] 3. **Assuming \( h \) = 10 W/m²·K (approximation):** \[ Q_{\text{conv}} = 10 \times 1.884 \times (346.15 - 300.15) \] \[ Q_{\text{conv}} \approx 10 \times 1.884 \times 46 = 868.32 \ \text{W} \] ### (b) Radiation The rate of heat loss by radiation can be calculated using the Stefan-Boltzmann law: \[ Q_{\text{rad}} = \varepsilon \sigma A (T_{\text{pipe}}^4 - T_{\text{room}}^4) \] **Where:** - \( Q_{\text{rad}} \) = heat loss by radiation (W) - \( \varepsilon \) = emissivity of the surface (unitless) - \( \sigma \) = Stefan-Boltzmann constant \((5.67 \times 10^{-8} \ \text{W/m}^2 \cdot \text{K}^4)\) - \( A \) = surface area of the pipe (m²) - Temperatures in Kelvin are used (already calculated above) 1. **Using the previously found area:** \[ Q_{\text{rad}} = 0.8 \times 5.67 \times 10^{-8} \times 1.884 \times \left( (346.15)^4 - (300.15)^4 \right) \] 2. **Calculating \( (346.15)^4 - (300.15)^4 \):** \[ (346.15)^4 \approx 1.515 \times 10^{11}, \ \ (300.15)^4 \approx 8.053 \times 10^{10} \] \[ (346.15)^4 - (300.15)^4 \approx 7.097 \times 10^{10} \ \text{K}^4 \] 3. **Final calculation:** \[ Q_{\text{rad}} = 0.8 \times 5.67 \times 10^{-8} \times 1.884 \times 7.097 \times 10^{10} \] \[ Q_{\text{rad}} \approx 0.8 \times 5.67 \times 1.884 \times 7.097 \times 10^{2} \approx 627.66 \ \text{W} \] ### Final Results The heat loss from the pipe by: - Natural Convection: **~868.32 W** - Radiation: **~627.66 W**

¡Prueba Premium ahora!
¡Prueba Premium y hazle a Thoth AI preguntas de matemáticas ilimitadas ahora!
Quizas mas tarde Hazte Premium
Estudiar puede ser una verdadera lucha
¿Por qué no estudiarlo en UpStudy?
Seleccione su plan a continuación
Prima

Puedes disfrutar

Empieza ahora
  • Explicaciones paso a paso
  • Tutores expertos en vivo 24/7
  • Número ilimitado de preguntas
  • Sin interrupciones
  • Acceso completo a Respuesta y Solución
  • Acceso completo al chat de PDF, al chat de UpStudy y al chat de navegación
Básico

Totalmente gratis pero limitado

  • Solución limitada
Bienvenido a ¡Estudia ahora!
Inicie sesión para continuar con el recorrido de Thoth AI Chat
Continuar con correo electrónico
O continuar con
Al hacer clic en "Iniciar sesión", acepta nuestros términos y condiciones. Términos de Uso & Política de privacidad