165568 (739835), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Величина ₀ представляет собой сумму всех компонентов теплопереноса, не зависящих от u (скорости потока). Существенным составляющим в нее входит теплоперенос при неподвижной среде в слое _оэ. При возникновении естественной конвекции, этот компонент теплопереноса также необходимо учитывать.

Вводя критерии Рейнольдса и Прандтля, зависимость (XVI) можно преобразовать к безразмерному виду:

_r/_г = ₀/_г + В Re_э Pr (XVII)

где В = В₀ 6 (1-)/4.

В таком виде зависимость для теплопроводности в зернистом слое предложена в работах многих исследователей. Величины ₀ и B могут быть определены из эксперимента.

П ри рассмотрении слоя из теплопроводных зерен необходимо также учитывать дополнительный механизм теплопереноса, связанный с конвективным теплообменом между жидкостью и зернами. Для составляющей теплопередачи через зерна получено выражение, которое можно представить в виде:

где Nu=d/_г, а - коэффициент теплообмена между зернами и газом текущим через слой.

Методы определения коэффициентов теплопроводности в зернистом слое с движущейся газовой (жидкой) фазой

Опубликовано значительное число работ по определению коэффициентом теплопроводности в зернистом слое с принудительной конвекцией газа. Можно выделить несколько типовых методов определения коэффициентов теплопроводности, использованных в этих работах:

I Определение продольного коэффициента теплопроводности _l при встречном направлении газа и теплоты. Последний создается обогревом верхнего и нижнего торца зернистого слоя источником, не мешающим движению газов, например, пластинчатым электронагревателем или инфракрасной лампой. Стенки аппарата тщательно изолируют, температуру слоя измеряют в нескольких сечениях на оси аппарата и у стенки. В эксперименте осуществлется одномерный поток теплоты и уравнение (XV) принимает вид:

Его решение можно представить так: m-d(lnt)/dx=C_PG/_l

Величину _l определяют по графику температуры в слое, построенном в полулогарифмических координатах. Модификация описанного метода-создание спутных потоков теплоты и газа при использовании торцевого холодильника вместо нагревателя.

Эксперимент можно осуществить только в области малых значений Re_э: при больших скоростях газа необходим источник теплоты высокой интенсивности, что может исказить одномерный поток ее. Кроме того, при больших скоростях газа зона теплового влияния источника соизмерима с размером зерна, и принятая квазигомогенная модель слоя нарушается.

I I. Определение радиального коэффициента теплопроводности _r при одномерном потоке по радиусу аппарата. При этом источник теплоты - электронагреватель - расположен в трубке по оси аппарата либо обогревается внешняя стенка аппарата; внутренняя трубка охлаждается водой. Температуру газа на входе поддерживают равной температуре на выходе. В этом случае распределение температуры слоя по радиусу такое же, как для цилиндрической стенки, и коэффициент теплопроводности определяют по формуле:

где Q - общее количество теплоты, передаваемое через слой; L - высота слоя; t₁ и t₂ - температуры слоя на расстояниях от оси r₁ r₂.

III. Совместное определение радиального и продольного коэффициентов теплопроводности в зернистом слое. Определение _r и _l проводят по результатам измерения температур в трубе с зернистым слоем, охлаждаемой снаружи, при параллельном и встречном направлении потоков тепла и газа. В торце цилиндрического аппарата помещен электронагреватель, создающий равномерный тепловой поток. Стенки аппарата охлаждаются интесивным потоком воды. В зернистом слое создается двумерное температурное поле. Каждый опыт проводят при двух направлениях потока газа, имеющего одинаковую скорость.

Практическая часть. Задачи по теплопроводности.

1. Для определения коэффициента теплопроводности сыра методом пластины (см. рис.1.) через слой продукта, имеющего форму диска диаметром 150 мм, толщиной 12 мм, направляют тепловой поток Q=14.8 ккал/час.

Температура обогреваемой поверхности диска 40^оС, на охлаждаемой 6^оС.

Р ассчитать коэффициент теплопроводности сыра. Ответ: =0.30ккал/мчасград.

Рис.1. Прибор для определения теплопроводности материала методом пластины.

1-сыр; 2-охладитель; 3-электронагреватель.

Решение

У равнение теплопроводности для установившегося потока через однослойную плоскую стенку:

где r - термическое сопротивление стенки.

О тсюда

1. Какой максимальной толщины слой льда может образоваться на поверхности пресного водоема, если средняя температура на верхней поверхности льда будет сохранятся -10^оС, ежечасная потеря тепла водой через лед составляет 24.1 ккал/м²час, а коэффициент теплопроводности льда =1.935 ккал/мчасград. Какова будет потеря тепла с 1 м² поверхности льда при толщине его 1.0 м, если температура на верхней поверхности останется прежней? Ответ: =0.8 м; q=19.3 ккал/м²час.

Решение

Д ля однослойной плоской стенки:

Т ак как образование льда будет продолжаться до тех пор, пока на внутренней поверхности льда не установится температура 0^оС, то в рассматриваемом случае:

П ри одинаковых температурных условиях:

т .к. t₁=t₂, следовательно,

1. Для постройки временного жилища у арктической экспедиции имеются в распоряжении фанера сосновая толщиной 5 мм, земля влажная и снег. В какой последовательности следует расположить материалы в конструкции стенки и какие толщины принять для слоя земли и снега если тепловыделения внутри дома соответствует удельному тепловому потоку 50 ккал/м²час, требуемая температура стенки внутри помещения 20^оС, а средняя расчетная температура наружной поверхности стенки -45^оС. Так как получение земли в арктических условиях затруднительно, то слой земли должен быть минимальным. Определить также, что произойдет если толщина снегового слоя будет взята больше требуемой по расчету.

Для сосновой фанеры принять =0.092 ккал/мчасград; для влажной земли =0.565 ккал/мчасград; для снега =0.40 ккал/мчасград.

Ответ: последовательность расположения материалов: фанера-земля-снег. _земли=0,195 м; _снега=0.360 м.

Решение

Д ля трехслойной стенки уравнение теплопроводности при стационарных условиях имеет вид:

Последовательность слоев, по-видимому, должна быть такова, чтобы снег был как можно дальше от внутренней поверхности стены. Внутренняя поверхность должна быть покрыта фанерой, затем следует земля и снег.

В вышеуказанном уравнении две неизвестные величины - ₂ и ₃. Минимальный слой земли ₂ должен быть таков, чтобы не происходило таяние снега, иначе земля будет увлажняться и размываться, а толщина слоя снега - уменьшаться до величины, менее расчетной, для этого температура (t₃) на границе земли с снегом должна быть выше 0^оС.

С ледовательно, минимальная толщина земляного слоя должна удовлетворять уравнению:

О тсюда

Теперь толщину снега можно найти из уравнения:

О ткуда:

Дальнейшее увеличение толщины слоя снега по расчету не требуется: в случае превышения расчетной толщины снегового слоя при том же размере тепловыделений внутри помещений, распределение температур в стенке изменится в сторону повышения общей разности температур t, причем температура на внутренней поверхности снегового слоя будет стремиться расти, а на наружной понизится по сравнению с исходными температурами. Если при ₃=400 мм наружная стенка имеет t=-45^oC, то при стационарных условиях:

Н ачинается таяние снега и будет продолжаться до достижения ₃=360мм.

1. Для определения теплопроводности жидких тел иногда используют метод шарового бикалориметра (рис.2). Основными частями прибора являются: ядро, внешняя шаровая оболочка и термопара. Для получения в экспериментах величин действительной теплопроводности жидкости должны быть соблюдены условия, при которых влиянием конвекции можно пренебречь. Определить при какой температуре сферического слоя фреона 12 теплопередача в нем будет обуславливаться только теплопроводностью жидкости. Температура горячей поверхности t₁=2^oC, температура холодной поверхности t₂=0^оС. Ответ: <2.9 мм.

Рис.2. Шаровой бикалориметр: 1-трубка термопары; 2-ядро; 3-слой исследуемой жидкости; 4-центрирующие штифты; 5-внешняя шаровая оболочка

Решение

Известно, что влияние конвекции можно не учитывать, если GrPr<1000.

О пределяющая температура:

Физические параметры фреона-12 при t=1^оС: =0.21010^-6 м²/сек; =23.810^-4 1/град, Pr=3.39.

Т ак как

то толщина слоя должна быть:

<2.910^-3 м=2.9 мм

1. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности водяной прослойки толщиной 15 мм. Температура одной поверхности t₁=25^oC, второй t₂=55^oC

Ответ: _экв=4.51 ккал/мчасград

Решение

О пределяющая температура:

Физические параметры H₂O: =54.510^-2 ккал/мчасград; =0.65910^-6; =3.8710^-4 1/град; Pr=4.31.

П одставляя найденные данные в выражение для Грасгофа, получим:

GrPr=8.8510⁵4.31=3.8110⁶

Найдем коэффициент конвекции:

_к=0.4(GrPr)^0.2=0.420.71=8.284.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности:

_экв=_к=54.510^-28.284=4.51ккал/мчас град

Список использованной литературы.

1. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. М.: Мир,1968.464 с.

2. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидравлические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979. 176 с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1961.

4. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии (часть I). М.: Химия, 1995. 400 с.

5. Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. 576 с.

6. Данилова Г.Н., Филаткин В.Н., Чарная Р.Г., Щербов М.Г. Сборник задач и расчетов по теплопередаче. М.: Государств. изд. торг. лит-ры, 1961.

Характеристики

Список файлов реферата