Пахт экзамен (847212), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Количество тепла которое переходит через все слои одинаково.

Суммируем уравнения.

Расчет проводят в случае:

-теплоизоляции.

-внутри трубы имеется ржавчина или накипь.

1. Теплопроводность. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности, его физический смысл.

Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье.

Количество тепла dQ проходящее за время dτ через поверхностьdF, нормальную направлению переносу тепла пропорциональна градиенту температуры.

- закон Фурье для нестационарного процесса.

В случае стационарного процесса

Обычно при расчетах используют величину q.

q – плотность теплового потока.

[λ]=[Вт/мК]

Определяет скорость передачи тепла за счет теплопроводности т.е количество тепла проходящее в единицу времени через единицу поверхности при разности температур 1º.

Теплопроводность плоской стенки.

З апишем уравнение Фурье для стационарного режима.

Разделим переменные и проинтегрируем.

Количество передаваемого тепла обратно пропорционально толщине стенки.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К).

1. Передача тепла конвекцией. Виды конвекции. Уравнение теплоотдачи Ньютона. Физический смысл коэффициента теплоотдачи.

Конвекция – перенос тепла вследствие движения или перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости под действием движущей силы.

Различают:

1. естественную (свободную) конвекцию. (Перемещение обусловлено разностью плотностей газа или жидкости в различных точках объема, которая возникает вследствие разных температур в этих точках)

2. вынужденная конвекция. Происходит при принудительном движении газа или жидкости.

Уравнение Ньютона-Рихмана для всего тепла Q_τ, передаваемого за время τ запишется:

, (115)

для плотности теплового потока:

,

Коэффициент пропорциональности α, входящий в уравнение Ньютона-Рихмана, называется коэффициентом теплоотдачи. Он учитыва­ет конкретные условия процесса теплоотдачи, влияющие на его интен­сивность и имеет размерность: [α] = Вт/м²*К

1. Основное уравнение теплопередачи. Средняя разность температур (прямоток, противоток). Общий принцип расчета средней температуры теплоносителей.

Различают стационарные и нестационарные процессы.

1. Стационарный режим определяет непрерывную работу теплообменного аппарата. В этом случае тепловой поток будет выражаться количеством тепла в единицу времени.

2. Неустановившийся режим определяет периодическую работу аппарата. В этом случае температура является функцией времени. Тепловая нагрузка аппарата будет определяться на 1 технологическую операцию.

Общая кинетическая зависимость для процессов теплопередачи, выражающая взаимосвязь между тепловым потоком и поверхностью теплообмена, называется основным уравнением теплопередачи. Оно говорит о том, что тепловой поток пропорционален средней движущей силю процесса Δt_ср и F.

- для стационарного режима.

- для нестационарного режима.

К – коэффициент теплопередачи.

Физический смысл: К определяет среднюю скорость передачи тепла вдоль всей поверхности теплообмена.

[Вт/м²К]

Коэффициент теплопередачи показывает какое количество тепла в джоулях переходит за одну секунду от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через поверхность теплообмена 1 м² при средней разности температур между теплоносителями 1º

F – Поверхность теплопередачи. Определяемая величина при расчете аппарата.

Δt_ср – температурный напор. Зависит от характера изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.

Теплопередача при изменяющихся температурах сред.

В реальных аппаратах температуры сред меняются по длине аппарата.

При этом большое влияние на процесс теплопередачи оказывают относительное движение теплоносителя.

Различают 2 способа осуществления процесса:

1. Прямоток.

2. Противоток

Прямоток. Предположим, что 1 среда охлаждается от t_H1 до t_к1, вторая среда нагревается от t_H2 до t_к2.

Противоток. Первый теплоноситель охлаждается от t_H1 до t_к2, второй нагревается от t_H2 до t_к1.

в случае противотока вторую среду можно нагреть до температуры, выше, чем при прямотоке.

Среднюю разность температур сред вычисляют:

1. находят минимальную и максимальную движущую силу процесса.

- если , то за среднюю движущую силу принимают:

-если , то за среднюю движущую силу принимают среднее логарифмическое.

Общий принцип определения температуры среды и температуры стенки.

Температура среды определяется по среднелогарифмическому значению для того теплоносителя у которого абсолютное изменение температуры меньше.

(t_H1 - t_к1) и (t_к2 - t_H2)

Предположим, что (t_H1 - t_к1) < (t_к2 - t_H2)

, тогда = ±

Температура стенки определяется по следующим формулам.

1. Передача тепла излучением. Закон Стефана-Больцмана, закон Кирхгофа. Лучистый теплообмен между телами.

Излучение – процесс распространение электромагнитных колебаний обусловлен тепловым движением атомов или молекул излучающего тепла.

На практике передача тепла осуществляется комбинированно.

Закон Стефана—Больцмана

Светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его температуры.

Энергия, поступившая к поверхности Солнца (или к поверхности любого горячего объекта), покидает его в виде излучения. Закон Стефана—Больцмана как раз и говорит нам, какова излученная энергия. Этот закон записывается так:

E = σT ⁴

где Т — температура (в кельвинах), а σ — постоянная Больцмана.

Закон Кирхгофа:

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты (длины волны) и температуры:

r_ωT – испускательная способность тела.

Сами величины r_ωT и a_ωT,взятые отдельно, могут меняться чрезвычайно сильно при переходе от одного тела к другому. Отношение же их оказывается одинаковыми для всех тел. Это означает, что тело, сильнее поглощающее какие-либо лучи будет эти лучи сильнее и испускать.

Для абсолютно черного тела по определению a_ωT = 1. Следовательно, из формулы вытекает, что r_ωT для такого тела равна f(ω, T).Таким образом, универсальная функция Кирхгофа f(ω, T) есть не что иное, как испускательная способность абсолютно твердого тела.

1. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. Вывод основных критериев теплового подобия и их физический смысл.

2. Общий вид критериальных уравнений для тепловых процессов. Расчет коэффициента теплоотдачи. Теплоотдача при конденсации пара.

В реальных условиях конвекция сопровождается теплопроводностью и иногда излучением.

При рассмотрении границы теплоносителя и стенки:

При движении материального потока у стенки наблюдается гидродинамический слой δ_г. Если осуществляется теплообмен, то еще образуется тепловой слой δ_т. этот тепловой слой является основным препятствием передачи тепла от среды к стенке.

Тепло проходит теплопроводностью на расстоянии δ_т. Это нормально позволяет использовать закон Фурье.

- коэффициент теплопередачи теоретически определить сложно, поэтому его определяют с помощью теории подобия через критерий теплового подобия.

Α показывает какое количество теплоты передается от теплоносителя к одному квадратному метру поверхности стенки (или наоборот) в единицу времени при разности температур между теплоносителями в 1º.

В отличии от коэффициента теплопередачи К, коэффициент теплоотдачи α характеризует скорость переноса теплоты в теплоносителе.

Коэффициент теплоотдачи является функцией физических свойств текучей среды, включающей в себя: λ-теплопроводность жидкости, с- теплоемкости, μ – вязкости, ρ-плотности, кроме того α является функцией гидравлических условий омывания текучей средой теплопередающей поверхности: ω-скорость движения текучей среды. Зависит от пространственных условий, ограничивающих поток.

α=f(λ, μ, ρ, ω, c, d)

d – внутренний диаметр трубы.

Определение этой зависимости теоретически возможно путем совместного решения уравнения Новье-Стокса и диф. уравнения конвективного переноса тепла Фурье-Кирхгоффа.

Уравнение Фурье-Кирхгоффа.

Подобие теплового процесса с помощью метода анализа размерностей.

Представим ее в виде степенной функции.

Кг: 1=в+г+д

М: 0=а+б-3в-г+д+2е

С: -3=-а-г-3д-2е

К: -1=-д-е

Характеристики

Список файлов лабораторной работы