- •Тепломассообмен м инск, бгпа 2001 о главление
- •3 Теплопроводность через плоскую стенку
- •3.5 Теплопроводность через плоскую стенку
- •7 Теплопроводность и теплопередача через
- •8 Теплопроводность при наличии внутренних
- •10 Приближённые методы решения задач
- •13 Подобие и моделирование процессов
- •Введение. Основные положения теории теплообмена
- •1. Теплопроводность при стационарном режиме
- •1.1 Температурное поле
- •1.2 Температурный градиент
- •1.3 Тепловой поток. Закон теплопроводности Фурье
- •1.4 Коэффициент теплопроводности
- •2 Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •2.1 Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •2.2 Условия однозначности
- •2.3 Связь между правой декартовой, прямоугольной,
- •3.1 Теплопроводность через однослойную
- •3.2 Теплопроводность через плоскую многослойную стенку
- •3.3 Теплопередача через плоскую однослойную стенку при граничных условиях III-рода
- •3.4 Теплопередача через многослойную плоскую стенку при граничных условиях III-рода
- •3.5 Теплопроводность через плоскую стенку при граничных условиях II, III-рода
- •Введём новую переменную
- •Решая уравнение (а) относительно и , получаем
- •4.2 Теплопередача через однослойную и многослойную цилиндрические стенки при граничных условиях III-рода
- •4.3 Критический диаметр изоляции
- •5.2 Теплопередача через одно- и многослойную шаровые стенки (гу III-рода)
- •6 Обобщённый метод решения задач стационарной теплопроводности
- •6.1 Обобщённый метод
- •6.2 Интенсификация процесса теплопередачи
- •Коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки
- •7 Теплопроводность и теплопередача через ребристую поверхность
- •7.1 Теплопроводность в ребре постоянного поперечного сечения
- •7.2 Теплоотдача через ребристую плоскую стенку
- •Для температуры в конце ребра:
- •Поправочный коэффициент определяется из графика:
- •8 Теплопроводность при наличии
- •8.1 Теплопроводность однородной пластины
- •Температура на оси симметрии пластины ( ):
- •8.2 Теплопроводность однородного цилиндрического стержня
- •Плотность теплового потока на поверхности цилиндра
- •8.3 Теплопроводность цилиндрической стенки
- •1. Теплота отводится только через наружную поверхность трубы.
- •9 Нестационарная теплопроводность
- •9.1 Общее решение уравнения одномерной теплопроводности
- •9.2 Охлаждение и нагревание неограниченной пластины
- •Для решения этого уравнения необходимо иметь краевые условия. Начальные условия.
- •В соответствии с (9.2) общее решение (9.4) будет иметь вид: . (9.5)
- •Решение (9.9) можно представить в обобщённых переменных:
- •9.3 Частные случаи охлаждения (нагрева) неограниченной пластины
- •9.4 Зависимость процесса охлаждения (нагрева) от формы и размера тела
- •Т.Е. Можно представить:
- •9.5 Регулярный режим нагревания (охлаждения) тел
- •10 ПриближЁнные методы решения задач теплопроводности. Методы аналогии
- •Метод аналогии:
- •11 Конвективный теплообмен
- •11.1 Основные положения
- •Кинематический коэффициент вязкости
- •11.2 Уравнение сплошности (или неразрывности) потока
- •11.3 Уравнение движения (уравнение Навье-Стокса)
- •11.4 Дифференциальное уравнение энергии
- •11.5 Условия однозначности (краевые условия). Уравнение теплообмена
- •12 Теория пограничного слоя
- •12.1 Основные положения. Ламинарный пограничный слой
- •12.2 Турбулентный перенос теплоты и количества движения в пограничном слое
- •12.3 Коэффициенты сопротивления и трения при движении жидкости в трубах
- •13 Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена
- •13.1 Основы теории подобия
- •13.2 Гидромеханическое подобие
- •13.3 Тепловое подобие
- •13.4 Метод размерностей
- •Избыточная температура
- •13.5 Определение коэффициента теплоотдачи и температурного напора
- •13.6 Получение эмпирических формул или критериальных зависимостей
- •14 Гидродинамика и теплообмен при вынужденном движении жидкости в трубах
- •То режим течения будет переходным.
- •14.1 Теплообмен при ламинарном режиме течения
- •Вязкостный режим
- •Вязкостно-гравитационный режим.
- •Переходный режим.
- •14.3 Теплообмен в каналах произвольной формы
- •Теплоотдача в изогнутых трубах (спиральных теплообменниках)
- •15 Теплоотдача при поперечном обтекании труб
- •15.1 Гидродинамика и теплообмен при поперечном
- •Омывании одиночной круглой трубы
- •15.2 Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб
- •16 Теплоотдача при свободном движении жидкости
- •16.1 Теплоотдача при свободной конвекции в неограниченном пространстве
- •16.2 Теплоотдача при свободной конвекции в ограниченном пространстве
- •Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи для различных видов теплообменов
- •Средние значения коэффициентов теплоотдачи
- •Ориентировочные значения коэффициентов
- •Теплоотдача жидких металлов
- •1. Теплообмен при конденсации чистого пара
- •1.1 Основные положения
- •1.2 Термическое сопротивление при конденсации
- •1.3 Теплообмен при конденсации чистого пара при вертикальной поверхности и при ламинарном режиме течения плёнки конденсата.
- •1.4 Теплообмен при плёночной конденсации неподвижного чистого пара на вертикальной поверхности и при ламинарном режиме течения плёнки конденсата
- •Среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется как .
- •2. Теплообмен при кипении однокомпонентной жидкости
- •2.1 Механизм процесса кипения
- •2.2 … Теплообмена при пузырьковом кипении в большом объёме
- •3. Конвективный теплообмен
- •3.1 Основные положения кмо. Закон Фика
- •4. Теплообмен излучения
- •4.1 Основные положения
1. Теплообмен при конденсации чистого пара
1.1 Основные положения
Конденсация – процесс фазового перехода первого рода. Переход из парообразного (или газообразного) состояния в жидкое, сопровождающийся выделением скрытой теплоты парообразования r, кДж/кг.
Из термодинамики известно, что фазовый переход 1-го рода проходит при постоянном давлении р и постоянной температуре Т.
Тройная точка – точка равновесного сосуществования всех трёх фаз, согласно правилу фаз Гиббса (число степеней свободы системы или число независимых параметров состояния P, v, T равно числу компонентов системы, минус число фаз, плюс 2.). .
Для однокомпонентной системы, например Н2О, :
.
Для трёхфазной системы число степеней свободы равно 0, это значит, что система в тройной точке, не имеет никакой свободы. Стоит изменить на сотую долю температуру Т, и система перейдёт в жидкое или твёрдое состояние.
Параметры тройной точки для воды: Па; .
Параметры критической точки: МПа; .
Для двухфазной системы (конденсации), и следовательно, состояние равновесия двухфазной системы определяется одним параметром (либо давлением р, либо температурой Т), т.к. каждому давлению соответствует своя температура конденсации, и с ростом р растёт температура конденсации Т.
Из термодинамики процесс конденсации – превращение сухого насыщенного пара в кипящую жидкость.
Фазы отличаются друг от друга только плотностью (удельным объёмом ), а так же энтропией s.
Скрытая теплота парообразования r – количество теплоты, выделяющееся при превращении 1-го кг сухого насыщенного пара в один кг жидкости при постоянном давлении. В Тs-диаграмме – это заштрихованная площадь, в is-диаграмме – это отрезок. Если конденсируется конденсируемый пар, то в расчётную формулу необходимо подставить вместо r энтальпию перегретого пара как . Если конденсируется влажный пар, то вместо r ставим . Конденсация возможна в объёме (инверсионный след самолёта. Конденсация водяных паров, находящихся в продуктах сгорания реактивного двигателя, т.к. температура атмосферного воздуха на этой высоте ниже температуры точки росы. Это можно наблюдать зимой при конденсации водяных паров после автомобильных двигателей). В теплоэнергетике конденсация происходит на поверхности теплообмена (конденсация пара после турбины на трубках конденсатора, охлаждаемого водой).
Конденсация на твёрдой поверхности теплообменника может быть капельной или плёночной.
Капельная конденсация – конденсат скапливается на твёрдой поверхности в виде капель.
Плёночная конденсация – в виде движущейся плёнки.
Капельная происходит в том случае, когда конденсат не смачивает поверхность теплообменника, плёночная – при смачивании поверхности теплообменника.
Эффект смачиваемости поверхности теплообмена определяется краевым углом смачивания , образованным поверхностью жидкости и поверхностью твёрдого тела, граничащим с паром.
Состояние равновесия капли на твёрдой поверхности определяется уравнением: . (1.1)
Если , то – жидкость смачивает поверхность;
если , то – жидкость не смачивает поверхность.
Вода имеет краевой угол смачивания 50, ртуть – 137, поэтому вода как основной теплоноситель смачивает поверхность теплообмена, и поэтому происходит плёночная конденсация водяного пара.
.
Т.к. основным термическим сопротивлением при плёночной конденсации является толщина самой плёнки , то при капельной конденсации, когда эта плёнка разрывается, интенсивность теплоотдачи больше в 10 – 20 раз, чем при капельной конденсации. Капельная конденсация водяного пара может возникнуть на поверхностях, имеющих масляное загрязнение или быть вызвана искусственно с помощью гидрофабизаторов, которые вводятся либо в питательную воду, либо в пар.