151601 (Технічна термодинаміка та теплові процеси технології будівельних матеріалів), страница 4

Відношення можна скористатися формулою середньоарифметичної різниці температур:

ПРИКЛАД 2-10. Визначити коефіцієнт тепловіддачі від димових газів до вільно висячих ланцюгів обертової печі, якщо середня швидкість газів становить w=9.46 м/с, кінематична в’язкість газів v = 95^.10^-6 м²/с. Овальні ланцюги мають діаметр d =25мм, теплопровідність газів λ = 0,069 Вт/ (мК).

Визначаємо критерії подібності:

ПРИКЛАД 2-11. Визначити коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки сушарки у навколишнє середовище, якщо відомо: середня температура гріючих газів 80⁰С (як середньоарифметична температура газів на вході і виході із сушарки); температура повітря t₀ =20⁰С; визначальний розмір (висота сушарки) - 2,04м;

Із табл. D11 визначаємо:

Критерій Грасгофа:

Здобуток ^. Pr=1.15^.10^10.0.703=0.81.10¹⁰.

Виходячи з того, що ^. Pr > 10⁹, застосовуємо залежність

Конвективна складова тепловіддачі:

Променева складова:

Вт/м²К

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі:

Вт/ (м²К).

Фізичні властивості димових газів і повітря.

Сухий газ.

Основними характеристиками сухого газу є тиск p, температура t; питомий об’єм v або густина ρ_г. Параметри v і ρ_г залежать від t і p. В сушарках практично p=const.

В розрахунках процесу сушіння використовується теплоємність С_р. Для суміші газів розраховують теплоємність, враховуючи вміст окремих компонентів:

С_сум=

Де G_і, С_і-вміст (%) і теплоємність складових газів - СО₂, N₂,O₂,H₂O, SO_2. Тепловміст газів (ентальпія) дорівнює І=С^. t Дж/кг (м³).

Коефіцієнт розширення будь-якого газу =1/273, тому:

V_o - об’єм, який газ займає при нормальних умовах (t=O⁰C, p= 760 мм. рт. ст) іноді називають нормальним об’ємом (нм³).

Вологе повітря.

Загальний тиск (або барометричний) P_δ =P_пар+Р _пов,

Де Р_пар, Р_пов - парціальний тиск водяної пари та повітря.

Вологе повітря характеризується параметрами: температура t, тиск Р, об’єм V, густина , вологість _пар, , вологовміст d, парціальний вміст пари Р_пар, тепловміст І. Із перелічених параметрів будь-які два є незалежними, решта пов’язані з ними певними співвідношеннями.

Абсолютна вологість _пар - це маса водяної пари (г) в 1м³ суміші повітря і пари.

Відносна вологість повітря φ - це відношення абсолютної вологості до максимальної маси водяної пари _max, яка може міститись в 1м³ повітря за даних умов (Р_δ, t):

φ= .

Також φ=

Тут _нас, Р_нас - маса і тиск насиченої пари.

Вологовміст - це кількість водяної пари, яка міститься в 1кг сухого повітря:

Х -кг/кг, d - г/кг, d =1000х=622 (2.26)

Парціальний тиск водяної пари можна підрахувати:

Р_пар=Р (2.27)

Густина вологого повітря складає:

(2.28)

Теплоємність вологого повітря відносно 1 кг сухого повітря становить:

С_сум= С_пов+х^. С_пар Дж/ (кгК),

Де С_пов, С_пар - теплоємкість повітря і водяної пари.

Точка роси - t_p - це температура, до якої необхідно охолодити вологе повітря, щоб воно стало насиченим (φ=100%).

Різниця температур повітря t_пов і мокрого термометра t_м має назву потенціала сушіння. Поряд із c, φ, d різниця (t_{пов -} t_м) є термодинамічним параметром.

Тепловміст (ентальпія) вологого повітря:

І=1,0056t+0.001 (2495+1.963t) d, кДж/кг (2.29)

Величини І,d при різних значеннях t,φ і барометричному тиску~745 мм. рт. ст. табульовані (табл. Д 10). Для облегшення аналітичних розрахунків процесу сушіння застосовують І-d - діаграму (рис.2.4), на якій зображена залежність між параметрами І,d,φ,t відносно 1 кг сухого повітря. Задачі з використанням І-d - діаграми.

ПРИКЛАД 2-12. Визначити питомі витрати повітря і теплоти q на 1 кг випареної вологи для дійсного процесу сушіння з однократним використанням нагрітого повітря за схемою: (А) (1) (В) (2). Повітря вентилятор (нагрівання повітря) калорифер (3) (C) (4) робоча камера сушарки вентилятор (відсмоктування вологого повітря). Параметри повітря: А -d_o=10 г/кг; t_o=20^oC; В - t₁=100^oC; С -φ₂=80%.

Втрати теплоти дійсного процесу сушіння q_втр=2100 кДж/кг. Додаткова підведена теплота в робочу камеру сушарки q_доб=420 кДж/кг. Температура матеріалу перед сушаркою - t_м=40⁰С. На І-d - діаграмі (рис.2.5) для даних параметрів атмосферного повітря знаходимо точку А. за прийнятою схемою атмосферне повітря підігрівається до температури t₁ в калорифері (т. В). В процесі підігріву вологовміст повітря не змінюється (d₀ - d₁), тому процесу відповідає лінія d₀ = const до перетину з ізотермою t₁. Отримана точка В відповідає стану підігрітого повітря, яке надійшло в робочу камеру сушарки. Із т. В проведено промінь І= const (теоретичний процес сушіння) і на ньому наносимо довільну точку е. Через цю точку проведено вертикальний промінь, на якому шукаємо положення точки Е, для чого обчислимо довжину відрізку еЕ за формулою:

еЕ= (2.30)

де - сумарні втрати і додаткова теплота дійсного процесу сушіння:

В нашому прикладі = 420-2100=-1680 кДж на 1кг вологи. Знак мінус означає, що політропа дійсного процесу сушіння розташована нижче адіабати теоретичного процесу; ef - перпендикуляр із точки е на лінію АВ (в міліметрах). Згідно побудові, ef =64мм, m-приведений масштаб діаграми.

(2.31)

Де М_і, М_d - відповідно масштаби ентальпії та вологовмісту.

Для даного прикладу побудова виконана на І-d - діаграмі з масштабом, віднесеним до 1кг сухого повітря:

M_d=0.32г/мм і M_і =0,636 кДж/мм.

m =

Тоді

еЕ= -

Оскільки еЕ - від’ємна величина, відкладено її від т. е вниз. Із т. В через т. Е проводимо промінь, який характеризує напрямок дійсного процесу сушіння, а його перетин з кривою φ₂=80% відмітимо точкою С. Із т. С опустимо перпендикуляр на АВ і позначимо точку D.

Питомі витрати сухого повітря для дійсного процесу сушіння визначаються за формулою:

(2.32)

Вимір дає значення для СD - 52 мм.

кг сухого повітря на 1 кг вологи.

Питома витрата атмосферного повітря (вологовміст d₀) cкладає:

= (1+0.001d₀)

В нашому випадку М_і=2,1 кДж; М_d=1г в 1мм;

За вимірами на І-d-діаграмі еf=292мм. Тоді

еЕ= мм.

Із т. В через т. Е проводимо промінь, який є політропою практичного процесу сушіння. На ньому відмічаємо точку С його перетину з ізотермою для температури t₂=80⁰C відпрацьованого теплоносія. Точка С характеризує параметри відпрацьованого теплоносія. Із т. С опускаємо перпендикуляр на продовження Вf до точки D. Відрізок СD=462мм.

Питомі витрати сухого теплоносія на 1 кг випареної вологи складають:

кг,

або для вологого повітря:

кг/кг вологи.

Питомі витрати відпрацьованого теплоносія складають:

кг/кг (тут 544 г/кг сухих газів - вологовміст відхідних газів).

Для визначення питомих витрат теплоти на І-d - діаграму наносимо точку А (t₀=-10⁰C, φ₀ = 60%).

Для нашого випадку = 60 (1+0.001.10) =60,01 кг/кг вологи. Питомі витрати теплоти складають:

q= (2.33)

За побудовою АВ=127мм, тоді

кДж/кг вологи.

ПРИКЛАД 2-12. Побудувати процес сушіння шлікеру у розпилюючій сушарці за наступними вихідними даними: температура теплоносія t₁=1200⁰C, вологовміст d₁=84 г на 1 кг сухих газів (рис.2.6). Температура відпрацьованого теплоносія - t₂=80⁰C; температура зовнішнього повітря t₀=-10⁰C, φ₀= 60%, d_o=5 г/кг сухого повітря. Теплові втрати складають 260 кДж /кг вологи.

На І-d - діаграмі наносимо точку В, яка відповідає t₁=1200^oC і d₁=84 г/кг сухих газів. Із точки В проводимо вниз адіабатний промінь та промінь, паралельний лініям сталого волого вмісту.

На адіабатному промені намітим довільно точку е, з неї опустимо перпендикуляр на промінь, паралельний лініям d=const до точки f. Із т. е проводимо промінь, паралельний d=const і на ньому знайдемо положення т. Е за підрахунком:

мм,

де - теплові втрати практичного процесу сушіння ( =260 кДж/ кг вол)

m - масштаб діаграми ( де М_і, М_d - масштаб ектальпії і вологовмісту).

Із т. А проводимо вертикальний промінь до перетину з ізотермою t₁ =1200^oC (точка В¹). Довжина відрізку АВ¹ складає 607 мм. Питомі витрати теплоти визначимо за формулою

кДж.

При розрахунку сушарок часто виникає питання визначити необхідний час сушіння матеріалу. Для цього необхідно визначитись із параметрами процесу: швидкість сушіння, критична та вихідна вологість та ін.

ПРИКЛАД 2-13. Визначити тривалість сушіння деревної шпони в роликовій сушарці, якщо відомо:

Початкова вологість шпони W_{поч -} 80%,

Перша критична вологість шпони W_кр - 30%,

Кінцева вологість шпони W_кін -6%,

Середня температура гріючого повітря t_cер - 190^оС,

Швидкість повітря V = 2.5 м/с,

Товщина шпони S -1.5 мм.

Тривалість сушіння визначається за формулою:

(хв),

де К_n-коефіцієнт, що враховує породу деревини (К_n=0.9…1),