Пахт экзамен (847212), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Тепловой критерий Нуссельта.

Характеризует отношение суммарного переноса тепла конвекцией и теплопроводностью (т.е теплоотдачей) в теплоте передаваемой теплопроводностью.

необходимым условием подобия процесса переноса тепла является соблюдение гидродинамического подобия в общем случае временного и геометрического подобия, а также подобие полей физических свойств теплоносителей. Последние определяют критерий Прандтля.

- характеризует подобие физических свойств теплоносителя.

Конвекция может быть естественной и вынужденной.

В естественной конвекции необходимо учитывать силу тяжести.

Критерий Грасгофа учитывает ее.

Физический смысл: показывает соотношение сил вязкости к подъемной силе определяемой разностью плотностей в различных точках неизотермического потока.

Таким образом, на коэффициент теплоотдачи α влияют следующие факторы:

1. Характер движения теплоносителя и его скорость. С увеличением скорости, толщины теплового пограничного слоя уменьшается, а α увеличивается, поэтому при расчете теплообменных аппаратов стараются обеспечить турбулентный режим движения Re>10⁴

2. Физические свойства теплоносителя (ρ, μ, λ) коэффициент теплоотдачи увеличивается с уменьшением вязкости и увеличением с, ρ.

3. Так как физические свойства жидкости и газа изменяются с температурой, то следующее значение коэффициента теплоотдачи зависит от температуры.

Критериальные уравнения для различных случаев теплоотдачи.

-Для естественной конвекции:

- Прандтль рассчитанный при температуре стенки.

-Для вынужденной конвекции.

Значительное влияние оказывает скорость движения потока, поэтому различают:

1. для турбулентного режима Re>10⁴

1. для переходного режима 23204

1. Для ламинарного. Re<10⁴

Если в ходе теплообмена изменяется агрегатное состояние.

1. Сложная теплопередача. Механизм сложной теплопередачи. Расчет коэффициента теплопередачи.

Сложная теплопередача.

Уравнение переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделенную стенку при условии постоянных температур теплоносителей.

Сравниваем это уравнение с основным уравнением теплопередачи.

=К – представляет собой коэффициент теплопередачи.

[K]=[Вт/м²К]

1. Факторы, влияющие на коэффициент теплопередачи. Инженерные способы интенсификации процесса теплопередачи.

Факторы влияющие на К

1. К всегда меньше меньшего коэффициента теплоотдачи α.

Таким образом, чтобы увеличить коэффициент теплопередачи необходимо увеличить значение обоих коэффициентов теплопередачи (увеличить значение Re т.е скорость, следовательно поток турбулизируется), оребрение (метод насечек), искусственная шероховатость труб.

Поверхность теплоотдачи нужно очищать от ржавчины и накипи т.к загрязнение образует дополнительный слой.

Физический смысл коэффициента теплопередачи. Он показывает какое количество теплоты передается в единицу времени через стенку площадью 1 кв. метр при разности температур 1º.

1. Кипение жидкостей. Физическая сущность процесса. Режимы кипения.

Кипение – это процесс перехода жидкости в пар. при испарении упругость пара жидкости больше его парциального давления в окружающей среде. При испарении жидкость переходит в пар только с поверхности, а при кипении – из всего объема жидкости.

При нагреве до температуры кипения пограничный слой жидкости у стенки нарушается на мельчайших неровностях стенки, предающей тепло, образуются пузырьки пара. Величина, форма и число пузырьков зависят от количества подводимого тепла, шероховатости и чистоты поверхности нагрева, а также от способности жидкости смачивать эту поверхность. Достигнув определенной величины, пузырьки поднимаются к поверхности кипящей жидкости, увеличиваясь при этом в объеме в несколько десятков раз вследствие испарения жидкости внутрь пузырьков. Т. о. механизм парообразования при кипении жидкостей заключается в том, что тепло передается от поверхности нагрева к жидкости, а от жидкости к пузырькам пара, а затем вместе с ними переносится в паровую фазу.

По величине коэффициента различают следующие режимы кипения:

1. неинтенсивное кипение (АВ)

2. пузырьковый (ядерный) режим(ВС)

3. пленочное кипение (после т.С)

Рассмотрим зависимость м/у коэффициентом теплоотдачи и разностью температур .

1. Неинтенсивное кипение (см.на рисунке - АВ) наблюдается для малых значений и q

- для Н₂О:

; 6000 Вт/м²

Образование пара происходит только на центрах парообразования (бугорки, загрязнения)

Nu = C(Pr∙Gr)ⁿ(Pe/Pr)^0,25.

1. Пузырьковый или ядерный режим кипения (ВС) - режим интенсивного кипения, характеризуется образованием большого количества пузырьков -для Н₂О:

Вт/м²

q 10⁶

Этот режим характеризуется относительно высокой интенсивностью теплоотдачи и является оптимальным

К₁ – характеризует число центров парообразования;

K₂ – частоту отрыва пузырьков от поверхности.

1. При дальнейшем увеличении число центров парообразования возрастает настолько, что происходит слияние пузырьков пара, и поверхность нагрева покрывается плохо проводящей пленкой перегретого пара. Это приводит к значительному падению величины (область на рисунке после т.С). Поэтому данный режим является нежелательным.

1. Способы увеличения коэффициента теплоотдачи. Многоходовые кожухотрубчатые теплообменники.

Коэффициент теплоотдачи зависит от следующих факторов:

- скорости жидкости , ее плотности и вязкости , т. е. переменных, определяющих режим течения жидкости;

- тепловых свойств жидкости (удельной теплоемкости С_р, теплопроводности ), а также коэффициента объемного расширения ;

- геометрических параметров – формы и определяющих размеров стенки (для труб – их диаметр d и длина L), а также шероховатости стенки.

Т. о. .

1. Оросительные и спиральные теплообменники.

Оросительные теплообменники представляют собой ряд расположенных одна над другой прямых труб, орошаемых снаружи водой. Трубы соединяют сваркой или на фланцах при помощи «калачей»

Оросительные теплообменники применяют главным образом в качестве холодильников для жидкостей и газов или как конденсаторы. Орошающая вода равномерно подается сверху через желоб с зубчатыми краями. Вода, орошающая трубы, частично испаряется, вследствие чего расход ее в оросительных теплообменниках несколько ниже, чем в холодильниках других типов. Оросительные теплообменники — довольно громоздкие аппараты; они характеризуются низкой интенсивностью теплообмена, но просты в изготовлении и эксплуатации. Их применяют, когда требуется небольшая производительность, а также при охлаждении химически агрессивных сред или необходимости применения поверхности нагрева из специальных материалов (например, для охлаждения кислот применяют аппараты из кислотоупорного ферросилида, который плохо обрабатывается).

Спиральные теплообменники различных конструкций нашли применение для систем жидкость-жидкость, для систем жидкость-пар в качестве конденсаторов, нагревателей и испарителей, для охлаждения и нагревания парогазовых смесей. Спиральные теплообменники специальной конструкции могут компоноваться с ректификационными колоннами и применяться в качестве дефлегматоров. Одно из назначений спиральных теплообменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей. Так как вязкая жидкость проходит по одному каналу, то устраняется проблема равномерного распределения вязкой жидкости по трубам. Нами для вязких жидкостей (прядильный раствор синтетического волокна «нитрон») испытывался спиральный теплообменник со сквозными каналами для прядильного раствора и спиральным каналом, по которому поступали пар или охлаждающая вода (рисунке 26). Спиральные теплообменники могут успешно применяться для шламов и жидкостей, содержащих волокнистые материалы. Применение специальных теплообменников для газов ограничено малым поперечным сечением канала.

1. Тепловая изоляция. Применение. Расчет теплоизоляции.

Тепловая изоляция

Для понижения потерь тепла в окружающую среду и обеспечения нормальных санитарных условий в производственных помещениях наружные поверхности горячих стенок аппаратов и трубопроводов покрывают одним или несколькими слоями теплоизоляционных материалов.

Эти материалы обладают низкими коэффициентами теплопроводности – обычно ниже 0,2 Вт/м·К при температуре от 50 до 100 ⁰С. Ассортимент теплоизолирующих материалов весьма обширен: дерево, пробка, асбест, шлаковая вата, совелит и т. др.

Применяют также смеси различных материалов.

Коэффициенты теплопроводности изолирующих материалов уменьшаются с ростом их пористости. Это достигается за счет низкой теплопроводности воздуха, содержащегося в порах. При насыщении материала влагой в сырых помещениях резко снижаются его теплоизоляционные свойства. Защита гигроскопических изолирующих материалов от увлажнения достигается на практике при помощи влагонепроницаемых покрытий (окраска, обшивка металлической фольгой, пластиками и т. д.).

При умеренных температурах изолируемых поверхностей чаще всего обходятся нанесением на них одного слоя теплоизолирующего материала. Высоконагретые стенки аппаратов и трубопроводов покрываются несколькими последовательными слоями. Эффективным теплоизолирующим средством являются герметичные воздушные прослойки, особенно вакуумированные, благодаря их низкому коэффициенту теплопроводности. Широкое распространение получила так называемая сильфолиевая изоляция. Она состоит из ряда близко расположенных тонкостенных соосных цилиндров из Al фольги и образующих тонкие герметичные вакуумированные прослойки.

Наложение изоляции из любого материала на плоскую стенку всегда ведет к понижению потерь тепла, причем это понижение тем больше, чем толще изолирующий слой.

Иначе обстоит дело в случае цилиндрической стенки, поскольку с увеличением толщины слоя изоляции возрастает поверхность теплообмена с окружающей средой. Следовательно, при неправильном выборе толщины изолирующего материала потери тепла могут даже возрасти вследствие увеличения поверхности теплоотдачи изолированного трубопровода.

Анализ показывает, что материал изоляции выбран правильно, если удовлетворяет неравенству

где

наружный диаметр трубопровода

коэф. теплоотдачи от внешней поверхности к окружающей среде.

Если это условие не выполнено, то при нанесении материала на трубопровод, тепловые потери будут не уменьшаться, а расти, и при некоторой толщине слоя материала потери достигнут максимума:

.

называют критическим диаметром тепловой изоляции. Слой изоляции с диаметром ниже своего назначения не оправдывает, т. к. в диапазоне для потери растут.

1. Кожухотрубчатые теплообменники с неподвижной трубной решеткой. Одно- и многоходовые. Области применения.

2. Конструкции кожухотрубчатых теплообменников с компенсацией температурных напряжений.

Кожухотрубчатые теплообменники

Наиболее распространенный в химической технике тип теплообменной аппаратуры. Они допускают создание больших поверхностей теплообмена в одном аппарате, просты в изготовлении и надежны в работе.

Простейший теплообменник этого типа – кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции – с неподвижными трубными решетками.

Состоит из:

1. кожуха 1 и приваренных к нему 2 трубных решеток

В трубных решетках плотно закреплен пучок труб.

К трубным решеткам крепятся крышки 4. Для ввода и вывода теплоносителей к кожуху и днищам приварены патрубки.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред I движется внутри труб (в трубном пространстве, а другая – II – в межтрубном пространстве, омывая трубы снаружи.

В отличие от показанного на рисунке противоточного движения теплоносителей может осуществляться прямоток (или параллельный ток).

Плотность соединения труб с трубной решеткой обеспечивается развальцовкой или сваркой. Применяют также и сальниковое уплотнение.

Существует и несколько способов размещения труб в трубных решетках: по периметрам правильных шестиугольников, по концентрическим окружностям, по периметрам прямоугольников.

Различают одноходовые и многоходовые кожухотрубчатые теплообменники.

Изображенный теплообменник является одноходовым. При сравнительно небольших расходах жидкости скорость ее движения в трубах таких теплообменников низка, и, следовательно, коэффициенты теплоотдачи невелики. Для увеличения последних при данной поверхности теплообмена рационально увеличивать скорость теплообмена путем применения многоходовых теплообменников.

В многоходовом теплообменнике с помощью поперечных перегородок, установленных в крышках теплообменника, трубы разделены на секции, или ходы, по которым теплоноситель I проходит последовательно. В многоходовых теплообменниках увеличивается соответственно числу ходов скорость теплоносителя, и, следовательно, коэффициент теплоотдачи. Для увеличения скорости и удлинения пути движения среды в межтрубном пространстве служат сегментные направляющие перегородки.

Одноходовые теплообменники м. б. вертикальными и горизонтальными. Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную площадь. Горизонтальные т/обменники изготавливаются обычно многоходовыми и работают при больших скоростях теплоносителей.

Если средняя разность температур труб и кожуха в т/обменниках жесткой конструкции, т. е. с неподвижными, приваренными к корпусу трубными решетками, становится больше 30 ⁰, то трубы и кожух удлиняются неравномерно. Это вызывает значительные напряжения в трубных решетках, что может привести к разрушению сварных швов и смешению теплоносителей. Поэтому, при > 30 ⁰ применяют кожух. Т/ки нежесткой конструкции, допускающей некоторое перемещение труб относительно кожуха аппарата: с линзовым компенсатором, с «плавающей» головкой, с U – образными и двойными трубами.

1. с «линзовым» компенсатором на корпусе. Температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением этого компенсатора. Такие компенсаторы применяются при температурных деформациях, не превышающих 10 – 15 мм.

2. теплообменники с «плавающей» головкой – одна из трубных решеток не соединена с кожухом и может перемещаться вдоль оси при температруных удлинениях.

3. в теплообменнике с U – образными трубами оба конца труб закреплены в одной трубной решетке. Каждая труба может свободно удлиняться независимо от других, при этом температурные напряжения не возникают.

Очень важным фактором, определяющим работу теплообменников, является скорость движения теплоносителей. При увеличении скорости возрастает интенсивность теплообмена, но увеличивается гидравлическое сопротивление. Оптимальные скорости обычно соответствуют устойчивому турбулентному режиму и в большинстве случаев лежат в пределах 0,1 – 2 м/с для жидкостей и 2 – 20 м/с для газов.

1. Теплообменники типа «труба в трубе». Устройство и принцип работы. Достоинства и недостатки.

«Теплобменники типа труба в трубе»

теплообменники этого типа представляют собой батарею из нескольких теплообменных элементов, расположенных один под другим.

Каждый из элементов состоит из внутренней трубы 1 и охватывающей ее наружной трубы 2. Теплообмен осуществляется через стенки внутренних труб. В двухтрубчатых теплообменниках обеспечиваются высокая скорость теплоносителей и интенсивность теплообмена. Однако эти теплообменники громоздки и металлоемки, поэтому их применяют преимущественно при высоких давлениях.

1. Типы теплообменников. Смесительные теплообменники, барометрический конденсатор.

ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ

1)Основные характеристики зернистого слоя.

Рассматривая движение жидкости через слой зернистого материала, можно силу динамического воздействия потока жидкости на зернистый слой оценить следующим образом. Условие начала псевдоожижения:

P = G - A (P — сила динамического воздействия, G — сила трения, A — архимедова сила)

Рассматривая движение жидкости через слой зернистого материала, можно силу динамического воздействия потока жидкости на зернистый слой оценить следующим образом. Условие начала псевдоожижения:

P = G - A (P — сила динамического воздействия, G — сила трения, A — архимедова сила)

2)Расчет критической скорости псевдоожижения. Расчет диамера

Критерий Архимеда рассчитывается по формуле

Где Аr – критерий Архимеда;

1. d_экв – эквивалентный диаметр, м;

2. ρ_ч – кажущаяся плотность частиц, кг/м³ ;

3. ρ – плотность среды, кг/м³;

4. g =9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

5. μ – вязкость среды, Па*с.

6. Рассчитаем значение числа Архимеда для различных значений эквивалентного диаметра:

11. По данным значениям числа Архимеда находим первое критическое значение числа Рейнольдса по:

13. Где Re_кр1 – первое критическое значение числа Рейнольдса;

14. Ar – число Архимеда.

16. Рассчитаем первое критическое значение числа Рейнольдса:

21. По рассчитанному значению числа Рейнольдса рассчитывают значение первой критической скорости – начало псевдоожижения:

22. Где w_кр1 – первая критическая скорость, м/с;

23. μ – вязкость среды, Па*с;

24. Re_кр1 – первое критическое значение числа Рейнольдса;

25. d_экв – эквивалентный диаметр, м;

26. ρ – плотность среды, кг/м³.

29. Рассчитаем значения первой критической скорости для всех значений эквивалентного диаметра:

31. м/с

32. м/с

33. м/с

34. м/с

3 вопрос)Перемешивание в жидкой среде. Технические методы перемешивания. Показатели работы перемешивающих устройств.

4 вопрос) Режимы перемешивания. Расчет мощности, потребляемой мешалкой. Определяющее число оборотов.

Режимы перемешивания:

1.Ламинарный - мощность расходуются в основном на преодоление сил вязкостного трения. <30.В этом режиме преобладает тангенциальное направление движению жидкости (по кругу вместе с лопатками мешалки).

2.Турбулентный (30< <10⁵). Возрастает сопротивление среды, за счет образования вихрей, и помимо тангенциального начинает иметь значение радиальное движение центробежной силы.

3.Автомодельный режим ( >10⁵). Расход будет определяться преодолением силы инерции. Помимо тангенциального и радиального движения может быть осевое движение.

5 вопрос)Виды механических мешалок. Их сравнительная характеристика.

Типы перемешивающих устройств (механических):

1.Лопастные мешалки .Выбор типа мешалки определяется вязкостью среды, которая перемешивается. Лопастные мешалки в основном образуют тангенциальное движение, осевое движение незначительно. Скорость вращения лопастной мешалки не более 5м/c при n=20-80 об/мин.

2.Пропеллерные мешалки

Пропеллерные мешалки создают скорость до 15м/c при n=40 об/мин. Кроме тангенциального движения создают осевое перемешивание. Используют в аппаратах цилиндрического типа.

3.Турбинные мешалки.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы