Теория тепломассообмена Э.Р. Эккерт Р.М. Дрейк под ред. Лыкова (1013696), страница 89
Текст из файла (страница 89)
В разделе 15-2 процессы, происходящие во влажном воздухе, изучались при помощи графика зависимости удельного влагосодержания от энтальпии. 11оэтому полезно было бы преобразовать уравнение (16-88) таким образом, чтобы в его правой части вместо парциальных 581 давлений стояли значения удельного влагосодержания. Согласно $ 15-2 г(= — ' М, р, Для невысоких парциальных давлений водяного пара справедливо приблизительное равенство Ы= — ' Ма р Прилагаемый график зависимости удельного влагосодержания от энтальпии (рис.
15-5) охватывает состояния для давлений водяного пара меньше 0,154 кг/см'. Для этой области приведенное выше приблизительное равенство дает ошибку менее 6%( Если мы сочтем такую ошибку допустимой, то уравнение (16 — 36) можно написать в следующем виде: "п р М, и = — — — '(г( — И). ьу я т М, в ю' Газовую постоянную для водяных паров /г, можно выразить через универсальную газовую постоянную Я и молекулярный вес водяного пара М,: Р =— эг М, Отсюда и Ь (д г/) йр (д„д) где р, — плотность сухого воздуха. Произведение Вор, называется коэффициентом исп а р е н и я и обозначается буквой ч. Размерность коэффициента испарения кг/ч м'.
Таким образом, имеем: (16-48) и, =а(д — г(,). Пользуясь соотношением Льюиса, приходим к выводу, что с (16-49) С с Численное значение удельной теплоемкости 1 кг воздуха ~равно 0,24 клал/час град. Экспериментальные работы 882 различных ученых подтверждают справедливость последнего соотношения Льюиса для турбулентного потока 1Л.
289), однако для ламинарного режима оно не дает таких хороших результатов (см. последний пр~имер). Для процессов испарения осо- га бую важность имеет температура, которую приобретает влажное тело в потоке воздуха, когда теплообмен Пг происходит только в результате конвенции. Температура такого тем 3 ла бывает ниже температуры воздуха, так как то тепло, которое передается телу от воздуха, поглощается ~в процессе испарения.
Эту температуру, которую называют температурой мокроготерм ом етр а, так как она соответствует показанию термометра, обернутого влажной тканью, можно определи~ть из соотношения Льюиса. Поток массы на единицу поверхности и тепловой поток опреде(. ляются выражениями: Рис. 6Л2. К определению влажности воздуха по показаниям сухого и мокрого термометров.
1пм= И г( ) 'гв ( и з)' 18 тм ° е 11л — =1 о — о гл а сл (16-о0) При помощи этого уравнения устанавливается направление линии,,которая соединяет на графике зависимости удельного влагосодержан~ия от энтальпни точку О (сг, гм), характеризующую состоя~вне воздуха у .поверхности, с точкой 1 (Н„ 1,), которая характеризует состояние воздуха на большом расстоянии от тела (рис. 16-12).
Р. Молье 1Л. 290) показал, что температуру мокрого термометра можно определять при помощи графика .путем нахождения 583 Если тело получает все тепло, необходимое для процесса испарения из воздуха путем конвекции, то д =пт, 1 где 1 — удельная теплота испарения 1 кг воды. гл Отсюда в области перенасыщения той изотермы, продолжение которой проходит через точку 1 '. Содержание влаги в воздухе удобно определять психрометрическим методом. Психрометр состоит из сухого термометра и мокрого; шарик последнего обернут мокрой тканью. Для того чтобы лучистый теплообмен был пренебрежимо мал по сравнению с конвективным тепло- обменом, воздух, влажность которого требуетая измерить, необходимо продувать через термометры с достаточной скоростью.
Точка пересечения изотермы сухого термометра с продолжением изотермы мокрого термометра на графике зависимости удельной влажности от знтальпии и будет характеризовать состояние воздуха и его влажность. Пример 16-3. ~Показание сухого термометра психрометра 20'С, мокрого ~10'С, давление воздуха 1,033 кд(см'. Определить удельное влагосодержание воздуха. На графике «удельное влагосодержание — энтальпия» находим точку пересечения изотермы 1О' С в области перенасыщения с изотермой 20' С. Эта точка характеризует состояние влажного воздуха. Удельное влагосодержание находим по ординате г)=0,0037 кг воды на 1 кг сухого воздуха. Если иа графике «удельное влагосодержание— энтальпня» имеются кривые постоянной влажности, эта величина определяется сразу. В противном случае необходимо определять парциальное давление пара в исследуемом воздухе и парциальное давлевие насыщенного пара при температуре 20' С; этн величины можно найти по удельному влагосодержанню при помощи уравнения (15-3) или же в специальных таблицах.
Отношение этих двух парциальных давлений дает значение влажности гр=0,256. ЗАДАЧИ 16-1. Вывести уравнения, описывающие поля концентрации и температуры, а также уравнение переноса маосы и тепла для ламинарного потока между неподвижной и движущейся поверхностями (поток Сопене). Имеется в видудвухкомпонентная газовая смесь, причем один компонент течет только параллельно плитам, в то время как другой компонент выделяется на неподвижной поверхности, и поглощается на движущейся поверхности. Доли массы и температуры на обеих поверхностях могут быть заданы. В другом случае рассмотрите усзювня, параллельные тем, которые описаны в разделе !6-2.
!6-2. Выведите уравнение массообмена в граничном слое для плоского установившегося ламинарного потока. !6-3. Рассчитайте одну из кривых распределения температур, изображенных на рис. 16-3 для Рг-!, путем интегрирования уравнения энергии (напрнмер, методом, рассмотренным в разделе 6-6 н 7-6).
" Этот метод не совсем точен, но дает результаты, которые хорошо согласуются с данными опытов. 534 16-4. Вычислите одну из кривых распределения доли массы нз рис. 16-3 для За=0,7 путем интегрирования уравнений пограничного слоя (например, методом, рассматриваемым в разделе 6-6 и 7-6). 16-5. Определите количество водяного пара, испаряемого с поверхности плоской чаши, наполненной водой при температуре 37,5' С (65,5' С), в,поток сухого воздуха, движущегося со скоростью 15 м(сек при температуре 65,5' С параллельно поверхности воды.
Длина чаши в направлении потока 15 см. При расчетах используйте данные раздела 16-2, а также уравнении подобия (см. раздел 16-4) и сравните результаты: Вычислите также по~ок тепла через поверхность воды, обу. словленвый зтим процессом испарения. ЧАСТЬ Е ТЕПЛООБМЕН НИКИ Теплообменники — это устройства, в которых тепло переходит от одной среды к другой. Они могут быть подразделены на два класса. В теплообменниках первого класса обе среды проходят через устройство одновременно и тепло проходит через разделяющие стенки.
Такой тип называется теплообменником рекуператив ного типа. Ко второму классу относятся такие теплообменники, через которые две среды протекают поочередно. Такие аппараты содержат твердый материал (~насадку) со значительной теплоемкастью, так что он ~может накапливать тепло, воспринимаемое от горячей среды, и передавать его холодной, когда она проходит через обменник. Такой тип называется теплообменником р е г е н е р а т и в н о г о типа. Иногда насадка в таком теплообменнике делается так, что она вращается между двумя каналами, расположенными рядом друг с другом, по которым проходит теплообмениваюшаяся среда, и таким образом передает тепло от горячей среды к холодной. Основные уравнения для проектных расчетов теплообменников рекуперативного типа ~с простыми устройствами для потока рассматривались в разделе 1-4.
В этих уравнениях используется средняя логарифмическая разность температур. В этом разделе будет рассматриваться другой метод, основанный на термической эффективности. Будут приведены уравнения для теплообменников с другими устройствами каналов и описаны методы расчета теплообменнинов регенеративного типа.
586 ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ РАСЧЕТЫ ТЕПДООВМЕННИКОВ 17-1. ТЕПЛООБМЕИИИКИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА При расчетах теплообмениика наиболее часто встречаются две задачи: 1. Заданы количество тепла, которое необходимо передать, условия на входе и выходе обеих сред. Требуется определить необходимую площадь теплообменника. 2. Заданы площадь теплообменника и условия на выходе и входе. Требуется подсчитать количество тепла, которое может быть передано. В последующих расчетах обе среды будут обозначаться индексами ! и 2, входные условия — значком 1, а выходные — значком е; т будет обозначать поток массы, а с— удельную теплоемкость.
Если известны входные условия для обеих сред (ть сь гц, ть см 1м) и тепло Я, которое надо передать, или одна нз температур на выходе (гм или гз,), то можно составить тепловой баланс: Я =т,с, (1и — 1„); Я=т,с,(1, — 1,). (17-1) (17-2) Допустим, что температура среды 1 более высокая, а потери тепла в теплообменннке ничтожно малы. Тогда с помощью этих уравнений можно определить две температуры среды на выходе теплообменника: гы и ~12, или поток тепла 11 и потерютемпературы на выходе.
Этодаетвозможность определить среднюю логарифмическую разность температур при помощи уравнения (1-31) и площадь, необходимую для передачи тепла, по уравнению (1-30). Во втором случае для определения количества тепла, которое передается теплообменником через определенную площадь А, будут заданы следующие параметры: т„т„с„'с„гп,гм и А. Этот подсчет нельзя осуществить прямым путем припомощи средней логарифмической разности температур, так как уравнение (1-31) требует значения температур на входе обеих сред.
Вычисление можно проделать только ые тодом последовательного ~приближения. Если, например, считать известной температуру на выходе среды 1;то уравне- 587 ние (17-1) определяет количество передаваемого тепла. По уравнению (17-2) определим температуру на выходе второй среды. Теперь уравнение (1-3!) можно решить для средней логарифмической разности температур, а уравнение (1-30) — для количества передаваемого тепла в теплообменнике. Если этот поток тепла не является идентичным тому, который получен по уравнению (!7-!), то вычисление надо повторить с другим предположением относительно температуры на выходе.
Процесс вычисления, основанный на параметре, называемом эффективностью теплообмен ника, позволяет избежать этой трудности и допускает прямое решение этих двух задач. Поэтому он чаще применяется в проектных расчетах. Эффективность теплоабме~нника определяется следующим образом: (~! ге)1 ~н ~21 (17-3) В этом уравнении в числителе содержится разность между входной и выходной температурами для одной из двух сред, для которых эта разность является большей. Знаменатель представляет, собой разность двух входных температур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
