![]() ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Критерии теплового подобияВопросы. 1. Общая характеристика тепловых процессов. 2. Движущая сила тепловых процессов. 3. Критерии теплового подобия. 4. Интенсификация тепловых процессов.
1. Под тепловыми процессами и тепловой обработкой понимают нагревание и охлаждение сырья, продуктов, вспомогательных материалов и средств. Можно выделить несколько простых, но широко распространенных на практике тепловых процессов: · адиабатный – происходящий без теплообмена с окружающей средой; · изохорный – происходящий при постоянном объеме; · изобарный – происходящий при постоянном давлении; · изотермический – происходящий при постоянной температуре; · изоэнтропийный – при постоянной энтропии; · изоэнтальпийный – при постоянной энтальпии; · политропный – при постоянной теплоемкости. Теплообмен представляет собой перенос энергии в форме теплоты, происходящей между телами, температура которых различна, т.е. теплообменом называется самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем. Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку называется теплопередачей. Теплоноситель – движущая среда (газ, пар, жидкость), используемая для переноса теплоты. Температурное поле – это совокупность значений температур во всех точках пространства в данный момент времени. Если в температурном поле температура является постоянной, поле наз. стационарным, если не постоянным, то нестационарным. Геометрическое место точек температурного поля с одинаковой температурой называется изотермической поверхностью. Температура изменяется по нормали к изотермической поверхности, причем
Предел отношения изменения температуры к расстоянию (
Связь между количеством передаваемой теплоты и площадью поверхности теплообмена определяется основным уравнением теплопередачи которое для установившегося процесса имеет вид Известны три способа передачи теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Основной закон теплопроводности, установленный Фурье, гласит, что количество теплоты dQ, переданное теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры где Основной закон теплоотдачи – закон Ньютона гласит, что количество теплоты dQ, переданное от поверхности теплообмена к потоку жидкости (газа) или от потока к поверхности теплообмена, прямо пропорционально площади поверхности теплообмена F, разности температур поверхности
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ. 1. Три способа передачи теплоты. 2. З-н Фурье, з-н Ньютона, з-н Кирхгоффа, з-н Стефана –Больцмана. 3. Дифференциальное уравнение теплопроводности. 4. Теплопроводность плоской и многослойной стенки. 5. Определение сложного теплообмена. 6. Единицы измерения тепловых коэффициентов. Вывод формулы коэффициента теплопередачи К.
2. Движущей силой теплового процесса является разность температур. Тепло распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей. Следует отметить, что при теплопередаче от одного теплоносителя к другому перепад температуры
![]() ![]()
Выделим элемент поверхности dF, на которой происходит указанный процесс теплообмена. Количество тепла в единицу времени на элементе dF можно определить формулой.
В процессе теплообмена температура первого теплоносителя (ГС) понижается на величину:
где с1 – теплоемкость ГС, Дж/кгК, G1 – масса ГС, кг. Без учета потерь температура второго теплоносителя (НС) повысится на величину:
где с2 – теплоемкость ГС, Дж/кгК, G2 – масса ГС, кг. Вычитая одно из другого двух последних равенств, получаем:
Сделав подстановку из уравнения (1) в уравнение (4), и, преобразовав его, получим:
Согласно нашему рисунку, общее количество теплоты в единицу времени, переданное от одного теплоносителя и воспринятое вторым на всей поверхности F, имеет следующее выражение.
Осуществляем подстановку уравнений (6) и (7) в уравнение (5), получаем
Проинтегрировав полученное выражение при условии постоянства коэффициента теплопередачи К, имеем Если в числителе произвести перегруппировку, и, согласно чертежу обозначить
где
Это соотношение справедливо как для прямотока, так и для противотока. При перекрестном токе вводится коэффициент Е, который определяется по соответствующим схемам графикам.
Рисунок Схемы движения теплоносителей при смешанном токе в кожухотрубных теплообменниках:а) один ход в межтрубном пространстве аппарата и два и более ходов в трубном пространстве; б) один ход в межтрубном пространстве с поперечными перегородками, двумя и более ходов в трубном пространстве; в) два хода в межтрубном пространстве с поперечными перегородками и четырьмя ходами в трубном пространстве.
Критерии теплового подобия Критерий Нуссельта где l – линейный размер, м,
Характеризует интенсивность теплообмена на границе раздела фаз. Необходим для расчета коэффициента теплоотдачи. Критерий Фурье где а - коэффициент температуропроводности,
Характеризует связь между скоростью изменения температурного поля размерами и физическими характеристиками среды в нестационарных процессах. Критерий Пекле где Характеризует отношение количеств тепла, которое распространяется в потоке жидкости конвекцией и теплопроводностью Критерий Прандтля Характеризует теплофизические величины потока жидкости. Критерий Грасгофа где Характеризует гидродинамический поток жидкости в условиях естественной конвекции, которая будет происходить под действием разности плотностей холодного и горячего потока. Критерий Нуссельта является определяемым, а все остальные критерии определяющие.
4. Цель интенсификации тепловых процессов заключается в повышении эффективности работы аппаратов и снижении расхода ими тепловой энергии. Задачи интенсификации предусматривают экономию энергии путем оптимизации технологически процессов, а именно интенсификация теплообмена связана с коэффициентом теплоотдачи и термическим сопротивлением стенки. Основным способами повышения коэффициента теплоотдачи являются: 1. Правильный выбор теплового аппарата. 2. Обеспечение турбулентного режима движения теплообменных сред в аппарате (применяют турбулизирующие вставки, перемешивающие устройства). 3. Замена свободной конвекции на принудительную. 4. Своевременный и полный отвод конденсата из паровых пространств, а также несконденсированных паров. 5. Оптимизация формы и размеров продукта, подвергаемых тепловой обработке. 6. Снижение термического сопротивления стенок аппарата за счет удаления накипи и пригара продукта.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|