Otvety_yavlenia1

Где Разделив переменные и проинтегрировав полученное уравнение по

времени от 0 до τ и по объему фильтрата от 0 до V, найдем зависимость объема фильтрата от времени:

38. Фильтрование при постоянной скорости

Режим постоянной скорости обеспечивается в промышленных фильтрах при подаче суспензии поршневым насосом с постоянной производительностью. В этом случае в процессе фильтрования со временем возрастают высота слоя осадка, его сопротивление и разность давления.

Скорость фильтрования для этого случая запишется в виде:

Отсюда зависимость разности давления от времени фильтрования запишется в виде:

умножив и разделив первый член уравнения на время τ, получим:

Полученное уравнение фильтрования показывает, что в процессе

фильтрования с постоянной скоростью разность давлений линейно возрастает со временем.

39. Электрическая очистка газов.

Электрический способ очистки газа (воздуха), основан на воздействии сил

Конструкция: электрические пылеуловители представлены электрическими фильтрами.

40. Перемешивание в технологических процессах. Методы подвода энергии. Конструкции мешалок и области их применения.

Перемешивание состоит в многократном перемещении макрочастиц объема среды под действием импульса.

Способы перемешивания:

Пневматическое – барботаж газа или пара через жидкую среду. Циркуляционное – прокачивание насосами.

Механическое – лопасти, мешалками.

Статическое – за счет кинетической энергии жидкости.

41. Интенсивность и эффективность перемешивания. Мощность привода и частота вращения перемешивающих устройств.

Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой к единице объема перемешиваемой жидкости в единицу времени. Интенсивность обусловлена характером движения жидкости в аппарате. Интенсивность стоит определять из энергозатрат и максимального технологического эффекта.

Эффективность :

Технологический эффект процесса перемешивания, характеризующий качество проведения процесса. Коэффициент теплоотдачи при перемешивании и без перемешивания должны значительно отличаться.

При получении суспензий и эмульсий эффективность перемешивания можно характеризовать равномерностью распределения фаз в них.

Критериальное уравнение для расчета потребляемой мощности:

E u f (Re, Fr , Г 1 , Г 2 )

E u A Re m ( Fr l , Г n , Г s )

W=п*d*n

N

Критерий Эйлера: E u n 3 d 5 K n

N K n n 3 d 5

Вывод: Мощность потребляемая мешалкой возрастает с увеличением частоты ее вращения в кубе и диаметра в 5 степени, а также с увеличением плотности и вязкости.

ВТОРАЯ ЧАСТЬ

1. Тепловые процессы. Молекулярный и конвективный перенос тепла. Теплопередача и теплоотдача.

Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждение, испарение, конденсация и др.) называются тепловыми. Движущей силой тепловых процессов является разность температур более горячего и менее нагретого тела. Аппарат, в котором осуществляются тепловые процессы, называются теплообменниками. Теплообмен

– самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел к менее нагретым.

Различают три вида передачи теплоты: теплопроводность(кондуктивный) , тепловое излучение и конвекция. Явление теплопроводности состоит в том, что передача тепловой энергии осуществляется ч/з стенку. Явление теплового излучения – это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Явление конвекции состоит в том, что передача тепловой энергии осуществляется при непосредственном контакте теплоносителя с нагреваемой средой или телом.

Теплоотдача – перенос тепла от жидкого (газообразного теплоносителя) к стенке и на оборот. Теплопередача – сложный теплообмен состоящий из двух процессов теплоотдачи (от теплоносителя к стенке и от стенки к теплоносителю) и одного процесса теплопроводности.

Конвективным теплопереносом называется перенос теплоты вследствие движения макроскопических объемов газа или жидкости. Различают естественную (свободную) и вынужденную конвекцию. Конвективный перенос всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменом. Конвективный

теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкостью или газом называют теплоотдачей.

2. Уравнение Фурье.

основной закон теплопроводности

Согласно гипотезе Фурье, количество теплоты d2Qτ, проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени dτ, пропорционально температурному градиенту :

Коэффициент теплопроводности λ является физическим свойством вещества. Он зависит от природы вещества, его агрегатного состояния, температуры и давления (для газов).

λ = KQ (tст1 –tст2),

где Q – тепловой поток, Вт; tcт1, tст2 – температуры наружной и внутренней поверхности слоя, К; К – коэффициент, зависящий от формы и размеров исследуемого образца, м-1

проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 град на единицу длины нормали к изотермической поверхности

Коэффициенты для неограниченного плоского (Кп) и цилиндрического слоя (Кц), а также для шарового слоя (Кш) рассчитывают по формулам

3. Теплопроводность газов и жидкостей.

Теплопроводность, один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.

Теплопроводность газов.

Для идеального газа, состоящего из твёрдых сферических молекул диаметром d, согласно кинетической теории газов, справедливо следующее выражение

газа при постоянном объёме, V — средняя скорость движения молекул

Если газ неравномерно нагрет, т. е. температура в одной его части выше или ниже, чем в другой, то наблюдается выравнивание температуры: более нагретая часть охлаждается, тогда, как более холодная нагревается.

Теплопроводность жидкости предлагается рассчитывать по формуле

2 vк сV

a кол

Экспериментальные данные показывают, что теплопроводность жидкостей тем больше, чем больше ее удельная теплоемкость CV. где νк - частота колебаний, aкол - амплитуда колебаний

4. Теплопроводность плоской стенки. Термическое сопротивление. Теплопроводность многослойной стенки. Уравниение теплопередач.

Теплопроводность через плоскую стенку при граничных условиях первого рода

Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной δ (рис. 9.2). На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температуры tс1 и tс2. Коэффициент теплопроводности стенки постоянен и равен λ. При стационарном режиме

() и отсутствии внутренних источников теплоты (qv=0) дифференциальное уравнение теплопроводности

примет вид:

(9.16)

.

Рис. 9.2. Однородная плоская стенка

При заданных условиях температура будет изменяться только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки (ось Оx). В этом случае

и дифференциальное уравнение , теплопроводности перепишется в виде:

.

Термическое сопротивление - тепловое сопротивление, способность тела (его поверхности или какого-либо слоя)

препятствовать распространению теплового движения молекул. Различают полное Т. с. — величину, обратную коэффициенту теплопередачи.

5. Конвективный теплоперенос. Уравнение Фурье-Кирхгофа Конвективный теплообмен, процесс переноса тепла, происходящий в

движущихся текучих средах (жидкостях либо газах) и обусловленный совместным действием двух механизмов переноса тепла — собственно конвективного переноса и теплопроводности.

Бывает вынужденная и свободная конвекция.

Для описания конвективной теплоотдачи используется формула:

qcт = a(Т0—Тст),

где qcт — плотность теплового потока на поверхности, вт/м2; a —коэффициент теплоотдачи, вт/(м2·°С); T0 и Тст — температуры среды (жидкости или газа) и поверхности соответственно.

Коэффициент теплоотдачи a характеризует интенсивность процесса теплоотдачи; он возрастает при увеличении скорости движения среды и при переходе от ламинарного режима движения к турбулентному в связи с интенсификацией конвективного переноса. Он также всегда больше для тех сред, у которых выше коэффициент теплопроводности.

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости (газе) от поверхности твердого тела или к его поверхности. Такой случай распространения тепла называют также теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности твердого тела к жидкости (газу) через массу (ядро) жидкости (газа) преимущественно конвекцией. Конвекцией называют процесс переноса тепла

вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Конвективный перенос теплоты в движущихся потоках жидкости или газа описывается дифференциальным уравнением Фурье-Кирхгофа, решение которого должно позволить найти температуру в любой точке рабочего пространства в заданный момент времени. В наиболее общей форме уравнение Фурье-Кирхгофа для изотропной среды имеет вид:

∂t/∂τ =а t -[(wx(∂t/∂х)+ wy(∂t/∂y)+w z (∂t/∂z)]+qv/ρcp

где cp - теплоемкость; ρ - плотность; 2 - оператор Лапласа; qv – удельный источник теплоты, отнесенный к единице объема; w -скорость движения жидкости или газа; х, у, z - декартовы координаты.

6. Тепловой и гидродинамические пограничные слои.

Для понимания механизма процесса теплообмена между потоком и поверхностью тела необходимо знать особенности течения непосредственно у поверхности тела. По теории Прандтля

нулю . Образуется тонкий слой заторможенной жидкости, в пределах которого скорость изменяется от нуля на поверхности тела, до скорости близкой к скорости невозмущенного потока. Этот слой жидкости получил название гидродинамического слоя. Область, в которой температура изменяется от

температуры стенки до значения, близкого к температуре , называют температурным или тепловым пограничным слоем. Таким образом, пограничным слоем называют область течения вязкой теплопроводной жидкости, отличающегося малой толщиной по сравнению с другими размерами области течения, и значительным поперечным градиентом величины, изменением которой обусловлен перенос количества движения, теплоты или вещества. Поскольку процесс изменения скорости и температуры по мере удаления от поверхности изменяется асимптотически, то в теории пограничного слоя постулируется, что

принято . Толщиной пограничного слоя называется условная величина. Это расстояния по нормали от плоскости пластины, на котором характерный параметр потока достигает величины внешнего потока. В пограничном слое могут наблюдаться ламинарный и турбулентный режимы течения. Причем режим течения в пограничном слое не всегда связан с режимом течения во внешнем потоке. На пластине на начальном участке обтекания всегда образуется ламинарный пограничный слой. По ходу течения толщина пограничного слоя растет, вследствие чего нарастают возмущения из-за сил вязкости, и режим перестает быть ламинарным (переходная область). Ближе к стенке вихри затухают, создается очень узкая область (вязкий подслой), течение в котором можно считать ламинарным. Толщина этой области намного меньше толщины ламинарного пограничного слоя. Механизм передачи теплоты между поверхностью тела и движущимся потоком жидкости, а также его интенсивность зависит прежде всего от условий движения теплоносителя. При ламинарном режиме течения в пограничном слое перенос теплоты осуществляется путем теплопроводности. При турбулентном режиме такой способ передачи теплоты сохраняется лишь в вязком подслое, который значительно тоньше ламинарного. Внутри турбулентного ядра перенос осуществляется путем интенсивного перемешивания, то есть путем конвекции. Интенсивность теплоотдачи при турбулентном режиме значительно

выше, чем при ламинарном режиме. Запишем закон Фурье: . Закон Ньютона-Рихмана: . Прировняем выражения, и решим полученное

Необходимость описания процесса ДУ Навье – Стокса сохраняется только для первой области. Рассмотрим упрощения ДУ на примере вынужденного двухмерного движения жидкости с постоянными физическими свойствами у поверхности пластины. В таком случае уравнения движения примут