Otvety_yavlenia1

Однако следует помнить, что эта теория применима лишь при выполнении следующих условий: 1) развитое турбулентное течение жидкости; 2) отсутствие большого изменения давления; 3) наличие безотрывного движения жидкости. Гидродинамическая теория не учитывает зависимость физических свойств жидкости от температуры.

8. Уравнение теплоотдачи. Локальный и средний коэффициенты теплоотдачи. Среднемассоваая температура жидкости.

- дифференциальным уравнением теплоотдачи

коэффициента теплоотдачи -

9. Числа подобия тепловых процессов, из физический смысл.

Re ω l

ν- Рейнольдса число, характеризующее отношение сил инерции к

силам внутреннего трения (вязкости);

изменения теплотехнических условий в окружающей среде и темпом перестройки температурного поля внутри тела;

процессов и определяющее сходственные моменты времени в подобных системах.

10. Критериальное уравнение теплопереноса при естественной конвекции Согласно положений теории подобия конвективный теплообмен без

изменения агрегатного состояния вещества в стационарных условиях может быть описан критериальным уравнением вида:

11.Критериальное уравнение теплопереноса при естественной конвекции.

Естественная конвекция характеризуется движением отдельных частиц теплоносителя, возникающим вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц: частицыжидкости, соприкасающиеся с горячими стенками, нагреваются и становятся легче, в результате чего они поднимаются кверху, при контакте с холодными стенками – они опускаются вниз.

Для определения коэффициента теплоотдачи α при свободном движении (при естественной конвекции) теплоносителя снаружи различных поверхностей пользуются следующим критериальным уравнением:

Nu = C (Gr Pr)N (Pr/Prст)0,25 , (5.13)

Где С И N – константы, численные значения которых приведены ниже:

В качестве определяющих геометрических размеров приняты: для сферических тел и горизонтальных цилиндрических поверхностей – диаметр, для вертикальных

критерия Prст и средняя температура пограничного слоя, равная 0,5(T1 – TСт.1), где T1 – температура жидкости в ядре, TСт.1 – температура стенки. Значение разности температур в критерии Грасгофа θчаст. = (T1 – TСт.1).

12. Теплоперенос при конденсации паров. Критериальное уравнение процесса.

Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость. Когда пар соприкасается с холодной поверхностью, то он конденсируется либо в виде капель, либо в виде пленки. Конденсация пара на поверхности происходит тогда, когда температура поверхности Iw ниже температуры насыщения Ts, отвечающей данному давлению пара.

При конденсации пара на чистую поверхность всегда получается сплошная пленка, в результате чего создается дополнительное термическое сопротивление передачи теплоты от пара к стенке. На шероховатой по

верхности толщина пленки еще выше при одинаковых прочих условиях. Окисленная поверхность также может снизить по этой причине коэффициент теплоотдачи на 30 % и более.

Если конденсация происходит на вертикальной поверхности или трубе, то течение пленки носит ламинарный характер, градиент температуры вдоль пленки конденсата отсутствует, а силы инерции, возникающие в ней, пренебрежимо малы.

Если пар энергично движется сверху вниз и скорость движения пара совпадает по направлению со скоростью течения пленки конденсата, то коэффициент теплоотдачи увеличивается, так как толщина пленки становится меньше. При противоположном направлении скоростей коэффициент теплоотдачи уменьшается, так как толщина пленки вследствие трения становится больше. Если скорость восходящего пара становится выше определенного предела, то конденсатная пленка разрушается и оказывается сорванной с поверхности. Срыв пленки способствует интенсификации и возрастанию теплообмена.

При конденсации перегретого пара теплоотдача несколько выше. Если же в паре содержится неконденсирующийся газ, воздух, то у стенки наблюдается его наибольшая концентрация, образуется слой термического сопротивления и газовая прослойка при конденсации пара заметно снижает коэффициент теплоотдачи.

Используя теорию подобия из системы дифференциальных уравнений, можно получить уравнение теплоотдачи (3) для конвективного теплообмена в случае отсутствия внутренних источников тепла в следующем критериальной форме

Nu = f2(Х; Ф; X0; Y0; Z0; Re; Gr; Pr) , (4)

где: X0; Y0; Z0 – безразмерные координаты;

Nu = α ·l0/λ - критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом);

Re = w·l0/ν - критерий Рейнольдса, характеризует соотношение сил инерции и вязкости и определяет характер течения жидкости (газа);

Gr = (β·g·l03·Δt)/ν2 - критерий Грасгофа, характеризует подьемную силу, возникающую в жидкости (газе) вследствие разности плотностей;

Pr = ν/а = (μ·cp)/λ - критерий Прандтля, характеризует физические свойства жидкости (газа);

α = С 4√(λ3n r ρn (ρж − ρn ) g /(µn ∆t H)) , Вт/(м2 К),

Коэффициент теплоотдачи при турбулентном движении паровой пленки при кипении на вертикальной стенке по Д.А. Лабунцову:

α = С (λ/H)(Gr Pr)г1 /3 Вт/(м2 К),

14.Способы интенсификации тепловых процессов.

Цель интенсификации тепловых процессов заключается в повышении эффективности работы аппаратов и снижении расхода ими тепловой энергии. Задачи интенсификации процессов теплообмена в тепловом оборудовании вытекают из Энергетической программы страны, которая предусматривает повсеместную экономию энергии путем оптимизации технологических процессов, введение энергосберегающих режимов работы аппаратов, использование (утилизацию) отработанной теплоты, сокращение потерь энергии.

Основными способами повышения коэффициента теплоотдачи являются следующие.

1.Обеспечение турбулентного движения теплообменных сред в аппарате. С этой целью прибегают к перемешиванию сред и использование различных турбулизующих вставок.

2.Замена свободной конвекции на принудительную или ускорения конвективного движения теплообменных сред за счет ускорения их циркуляции.

принудительную конвекцию можно создавать за счет установки различного рода мешалок и вентиляторов.

Циркуляцию жидкости в варочных аппаратах можно ускорить за счет рационального расположения греющих поверхностей.

4.Своевременное и полное отвода конденсата из паровых пространств. Высокий уровень конденсата существенно снижает эффективность теплообмена.

5.Повышение средней разности температур и теплового потока в тех случаях, когда это возможно по технологическим условиях тепловой обработки продукции.

6.Оптимизация размеров и формы продуктов, подвергающихся тепловой обработке. Регенерация теплоты. Многолетняя практика пищевых отраслей промышленности (особенно молочной) убедительно доказала, что наиболее рациональный путь утилизации и экономии тепловой энергии ее регенерация (рекуперация). Суть регенерации заключается в том, что горячие жидкость или газ используют для предварительного нагрева холодных жидкостей или газов.

Регенерация наиболее приемлема там, где горячую жидкость необходимо охлаждать. Регенерация теплоты возможно не только от продукта к продукту, но и через. промежуточный агент, например воду. В более широком смысле регенерацию теплоты следует понимать как нагрев продукта или промежуточного агента за счет теплоты продукта, теплоносителя, нагретых элементов аппаратуры, температуру которых необходимо снизить.

15.Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. Средняя движущая сила тепловых процессов. Средние температуры теплоносителей.

Вторым расчетным уравнением для любого теплообменника является уравнение теплопередачи, по которому при поверочном расчете находится тепловой поток в кВт:

Q = kFΔtcp,

где

Δtcp - средняя разность температур между теплоносителями, К; k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м²К):

Здесь

- коэффициенты конвективной теплоотдачи со стороны горячего и холодного теплоносителей, кВт/(м²К);

- толщина стенки , м; λ - теплопроводность материала стенки, кВт/(мК).

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м2 теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями

1К.

При передаче теплоты через однослойную плоскую стенку, коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

.

Для многослойной стенки, состоящей из n слоев:

,

где δст – толщина стенки, м; λст – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м·К); α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от горячего теплоносителя к разделяющей стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2·К)

При расчете средней движущей силы процесса теплопередачи целесообразно использовать график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис.3.1) и (рис.3.2).

Средняя движущая сила процесса теплопередачи при прямоточном и противоточном движении теплоносителей определяется следующим образом:

где ∆tδ и ∆tм – разность температур теплоносителей на концах теплообменника. теплообмена (рис.3.1) и (рис.3.2).

В тепловых процессах за определяющую температуру принимается средняя температура теплоносителя, которая рассчитывается следующим образом. Выбирается теплоноситель, у которого меняется температура на меньшее число градусов. Средняя температура его рассчитывается как среднеарифметическая:

если

если Температура теплоносителя изменяющегося на большее число градусов определяется:

теплопередача от одного теплоносителя к другому, причем эти теплоносители в большинстве случаев разделены перегородкой – стенкой аппарата или стенкой трубы.

Соотношение для расчета коэффициента теплопередачи можно вывести, рассмотрев процесс передачи тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. На рисунке 3.9 показана плоская стенка толщиной δ, материал которой имеет коэффициент теплопроводности λ.

По одну сторону стенки протекает теплоноситель с температурой t1 в ядре потока, по другую сторону – теплоноситель с температурой t2. Температуры поверхностей стенки tcm1 и tcm2. Коэффициенты теплоотдачи α1 и α2. При установившемся процессе количество тепла, передаваемого в единицу времени через площадку S от ядра потока первого теплоносителя к стенке, равно количеству тепла, передаваемого через стенку и от стенки к ядру потока второго теплоносителя:

Q=Q1=Q2=Q3.

Это количество тепла можно определить по любому из соотношений:

,

,

.

Сложив эти уравнения, найдем общее термическое сопротивление процессу теплопередачи:

. (3.53)

Переписав уравнение (3.53) относительно теплового потока Q, получим:

.(3.54)

Как известно, количество передаваемого тепла определяется основным уравнением

Из сопоставления уравнений (3.3) и (3.54) найдем

(3.55)

.

Уравнение (3.55) называют уравнением аддитивности термических сопротивлений.

Коэффициент теплопередачи К определяет количество тепла, которое передается от одного теплоносителя к другому через единицу площади разделяющей их стенки в единицу времени при разности температур между теплоносителями 1 град, откуда

(3.56)

.

Величина 1/К, обратная коэффициенту теплопередачи, представляет собой

термическими сопротивлениями теплоотдаче, а – термическим сопротивлением стенки. Из уравнения (3.56) следует, что термическое сопротивление теплопередаче равно сумме термических сопротивлений теплоотдаче и стенки:

. (3.57)

При расчетах коэффициента теплопередачи в случае многослойной стенки

необходимо учитывать термические сопротивления всех слоев. В этом случае коэффициент теплопередачи определяют по формуле

(3.58)

,

n – число слоев.

17.Тепловые процессии. Тепловой баланс. Теплоносители.

Тепловыми называются технологические процессы, протекающие при условии подвода или отвода тепла. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, конденсация, испарение и др. Частным случаем испарения является процесс выпаривания. В тепловых процессах участвует не менее двух сред, имеющих разные температуры. При этом тепло может передаваться самостоятельно только в случае перепада температур, т. е. от среды с более высокой температурой к среде с более низкой. Среды с более высокой температурой называются горячими теплоносителями, а среды с более низкой температурой - холодными теплоносителями.

Теплопередача Теплопередача или теплообмен - процесс распространения тепла из одной части

пространства в другую. Переход тепла из одной части пространства в другую может осуществляться разными путями: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Тепловой баланс, сопоставление прихода и расхода (полезно использованной и потерянной) теплоты в различных тепловых процессах. В технике Т. б. используется для анализа тепловых процессов, осуществляющихся в паровых котлах, печах, тепловых двигателях и т. д. Т. б. составляется в единицах энергии (джоулях,калориях) или в % общего количества теплоты, приходящихся на единицу выпускаемой продукции, на 1 ч работы, на период времени (цикл) или на 1 кг израсходованного вещества.

Т. б. рассчитывается на основе физических теплот (энтальпий),участвующих в процессе веществ, и теплот соответствующих химических реакций. Для сложных процессов (особенно в металлургии, химической технологии и т. д.) Т. б. предшествует построение материального баланса, т. е. сопоставление прихода и расхода масс веществ в этом процессе; при этом Т. б. установки часто получается как сумма Т. б. аппаратов, составляющих эту установку. Различают Т. б. расчётные и экспериментальные, составленные по данным тепловых испытаний.

Т. б. выражается: в виде уравнения (в одной части которого суммируется приход теплоты, в другой — её расход или потери), таблицы или диаграммы (рис.). Например, Т. б. парового котла выражается след. уравнением:

,