| |||||
МЕНЮ
| Реферат: Технічна термодинаміка та теплові процеси технології будівельних матеріалівДе α1,α2 - коефіцієнти тепловіддачі від гріючого середовища до стінки і від стінки до оточуючого середовища, Вт (м2К). Тепловий потік складає: q=, Вт (2.2) Для багатошарової стінки з товщиною кожного із шарів δі та теплопровідністю λі q= , Вт (2.3) Для циліндричної стінки коефіцієнт теплопередачі підраховується за формулою: К= або (2.4), без багатошарової стінки К=, Де d1, d2, dі - діаметри внутрішнього та зовнішнього циліндрів одношарової стінки або внутрішній діаметр і-го шару (від осі циліндра). В стаціонарному режимі при сталій температурі обабіч стінок (tc1 - const,tc2 - const) можна визначити температуру будь-якої точки на відстані х від середини стінки або від початку координат на поверхні стінки товщиною δ (припущення, що температура змінюється за лінійним законом): tx=- (2.5) Тепловий потік крізь 1 пог. м циліндричної одношарової стінки складає: q =, (2.6) або q =, Вт (2.7) 2.2 Нестаціонарномий режимВ нестаціонарному режимі, коли температура будь-якої точки тіла залежить від просторових координат і часу, визначається, як правило, безрозмірна температура тіла (зокрема, пластини) в будь-який момент часу як функція критеріїв Біо, Фур’є: (2.8) де t - температура пластини на відстані Х від площі, яка проходить через середину, в момент часу від початку нагріву (охолодження); t0 - температура пластини на початок процесу, tp - температура гріючого (охолоджуючого) середовища; S - половина товщини пластини, F0 - критерій Фур’є (F0 =, де а - коефіцієнт температуропровідності, м2/с), Ві - критерій Біо (Ві=, де α - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні пластини до навколишнього середовища, Вт/м2К; λ - коефіцієнт теплопровідності матеріалу, Вт/мК). Практично безрозмірну температуру в середині пластини θc і на поверхні θn можна визначити за графіками рис.2.1 на осі циліндра θ0 і на його поверхні θn - за графіками рис.2.2. Кількість теплоти, яка поглинається (або віддається) з 1м2 пластини (з обох боків) за час τ складає: Q=2S ρ0c (t0-tp) (1-θ), Вт, (2.9) де ρ0 - середня густина матеріалу, кг/м3; с - питома теплоємність, . 2.3 Конвективний теплообмінКонвективний теплообмін між твердим тілом і рідиною (газом) можна визначити за коефіцієнтом тепловіддачі конвекцією αк (Вт/ (м2К)), який залежить від безрозмірних критеріїв і розраховується із критерія Нусельта: Nu=, де lo - характерний (визначальний) лінійний розмір поверхні теплообміну (м), λ - коефіцієнт теплопровідності (Вт/ (мК)) рідини або газу. Рух теплоносія (газ, рідина) в трубах і каналах. Ламінарний режим: Re < Rkp = 2200 (тут критерій Рейнальдса Re=, де - швидкість руху рідини (м/с), V - кінематична в’язкість (м2/с)). Коефіцієнт тепловіддачі розраховується за формулою: ακ= Νu (2.10) (тут αc - коефіцієнт теплопровідності (Вт/мК) рідини при середній температурі стінки каналу tc= на початок і кінець дільниці теплообміну; діаметр трубопроводу або еквівалентний діаметр - de=, де F - площа, p - периметр каналу). Ламінарно - гравітаційний перехідний режим: Re < Rkp, GrPr > 7/105,де Gr - критерій Грасгофа (Gr = ), тут g = 9.81 м/с2; β = для газів і β = для рідини, де- густина рідини при температурі далеко від твердої поверхні (tp) і при температурі цієї поверхні (tc); t - різниця температур середовища і твердого тіла; Pr - критерій Прандтля (Рr = , Ре - критерій Пекле - Ре=). В загальному вигляді для ламінарного та перехідного режиму Nu= , (2.11) де c,m,n - константи, які залежать від направленості теплових потоків. В більшості випадків потоки рідини в каналах можна віднести до сталих турбулентних+ і критерій Нуссельта розраховується за формулою: Nu = 0.023Re0,8 Pr0.43 (2.12) Рух теплоносія при обтіканні тіл Поздовжнє обтікання пластини: Nu=0.67Re0.5Pr0.33; (2.13) Поперечне обтікання циліндра: Nu = CRenPr0,38, (2,14,) де С,n - константи, які залежать від величини критерію Рейнольда [3] (при Re =8…103: С=0,59, n=0.47; Re= 103…2105: С=0,21; n=0.62). Емпіричні формули для наближеного розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі при конвективному теплообміні: а) Турбулентний рух - рух газів з температурою 0,,, 10000С в трубі (каналі): (Вт/ (м2К)), (2.15) де - швидкість потоку, приведена до нормальних умов; d - діаметр труби або приведений діаметр каналу. м; б) Рух газів перпендикулярно до плоскої стінки: , (Вт/м2К)), (2.16) де p - густина газів (кг/м3). в) Обтікання газом грудок матеріалу (форма - кулі): Re <150 …. нерухомі шари: , (Вт/м2К)), (2.17) де λc - коефіцієнт теплопровідності газів (Вт (мК), d - діаметр частинок (грудок), (м); при Re = 150….30103 - нерухомі, також рухомі в потоці газів кульки: , (Вт/ (м2К)) (2.18) г) Продування газів крізь зернистий шар: , (Вт/ (м2К)), (2.19) де t-температура твердої поверхні,°С; d - діаметр кулі, рівновеликій за об’ємом середній частинці (м), v - швидкість потоку відносно повного перерізу зернистого шару ; д) Вільний рух повітря уздовж вертикальної стінки: , (Вт/ (м2К)) (2.20) де - різниця температур між повітрям та стінкою, град; В - барометричний тиск (Па); Т - абс. температура повітря, К. 2.4 Випромінювання газової фазиВипромінювання газової фази залежить, в основному, від випромінювання (поглинання) тепла газами СО2 і Н2О, а випромінюванням О2, N2,H2 в розрахунках можна знехтувати. Тепловий потік між паралельними стінками, відстань між якими невелика, порівняно із розміром стінок, розраховується за формулою: q=5.7Eпр, Вт, (2.21) де Епр - приведена ступінь чорноти системи; Т1 і Т2 - абсолютні температури поверхонь стінок, К; 5,7 Вт (м2К) - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла. Епр=, (2.22) Де Е1, Е2 - ступінь чорноти 1 і 2 тіла. Тепловий потік між паралельними смужками шириною 1 і 2, та h - відстанню між ними розраховується за формулою (ВТ/пог. м): q=5.7·Епр·, (2.23) Теплообмін між твердими тілами і газовою фазою: тепловий потікq=5.7Eг, Вт, (2.24) Де Тг, Тс - абс. температури газів і поверхні стінки, К; Ег - ступінь чорноти газу . Ступінь чорноти Есо, Ено, коефіцієнт β визначаються із графіків рис.2.3 в залежності від парціального тиску газів, температури і ефективної товщини шару (, де V-об’єм газів, обмежений поверхнею стінок F). ПРИКЛАД 2-1. Визначити тепловий потік крізь стінку, якщо температура стінок, сприймаючих і віддаючих теплоту, дорівнює відповідно, t1=300C, t2=1000C. Товщина стінки δ=200 мм, площа поверхні 180м2. Теплопровідність цегли λ=0,55 Вт/ (мК). Згідно рівнянню Фур’є тепловий потік дорівнює: Q=λF КВт. ПРИКЛАД 2.2 Крізь стінку площею 6х4 м2 передається протягом часу=1год кількість теплоти Q=80 МДж. Визначити щільність теплового потоку. q= Вт/м2. ПРИКЛАД 2.3 Стінка печі складається із трьох шарів: 1-й внутрішній - шамотна цегла δ1=120мм, 2-й шар - ізоляційна цегла δ 2 =65мм, 3-й шар - сталева стінка δ 3 =20мм. Теплопровідність матеріалів окремих шарів складає: λ1=0,81; λ2 =0,23 і λ3 =45 Вт/ (мК). Температура в печі t1 = 10000C, а зовнішньої поверхні печі t4= 800C. Визначити тепловий потік крізь 3-х шарову стінку. Тепловий потік (або щільність його відносно 1м2 площі теплообміну) складає: q = Вт/м2. 10мм. Температура димових газів t2=8000C, киплячої води - tв=2000С; коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки λ1=186 Вт, від стінки до води λ2=4070 Вт/м2К). Визначаємо коефіцієнт теплопередачі для багатошарової стінки: К= Вт/м2К Тоді q = К (tг-tв) =100.75 (800-200) =60.5 КВт/м2. ПРИКЛАД 2-7. По трубі із внутрішнім діаметром dв=25мм рухається вода з швидкістю за масою W=400кг/ (м2c) і середньою температурою 400С. Константи води наступні: динамічна в’язкість μ =0.656х10-3 Η. с/м2 = 656.106 П. с; теплопровідність λ=0.632 Вт/ (мК); питома теплоємність с=4190Дж/КгК. Визначити коефіцієнт тепловіддачі води. Розраховуємо визначальні критерії: , Виходячи з того, що Re =1524 > 10 000, потік є сталим турбулентним, тому критерій Нуcсельта розраховуємо за рівнянням: Коефіцієнт тепловіддачі дорівнює: Вт/ (м2К). ПРИКЛАД 2-8. Визначити щільність тепловоо потоку, переданого випромінюванням від газів до 1м2 металевої стінки, якщо: ефективна ступінь чорноти стінки Е1ст=0,82; температура газів t2=7000C, ступінь їх чорноти Ег =0,125. Константа випромінювання абсолютно чорного тіла Сs - 5.68 Вт/ (м2К). Тепловий потік (до 1м2 площі) складає: q= ПРИКЛАД 2-9. В теплообмінному апараті температури гріючого агента становлять: t1поч = 3000С, t1кін = 2000С, а теплоносія, який гріється - відповідно t11поч = 250С, t11кін = 1750 C. Визначити середню різницю температур між гріючим і сприймаючим теплоносіями. 1 випадок - прямоструминні потоки. Найбільша та найменша різниця температур становлять: 2 випадок - проти струминні потоки. Найбільша та найменша різниці температур становлять: 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=1.15.1010.0.703=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 ρг. Параметри v і ρг залежать від t і p. В сушарках практично p=const. В розрахунках процесу сушіння використовується теплоємність Ср. Для суміші газів розраховують теплоємність, враховуючи вміст окремих компонентів: Ссум= Де Gі, Сі-вміст (%) і теплоємність складових газів - СО2, N2,O2,H2O, SO2. Тепловміст газів (ентальпія) дорівнює І=С. t Дж/кг (м3). Коефіцієнт розширення будь-якого газу =1/273, тому: Vo - 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) Pδ =Pпар+Р пов, Де Рпар, Рпов - 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 Рпар, 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 (Рδ, t): φ=. Також φ= Тут нас, Рнас - 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: Рпар=Р (2.27) Густина вологого повітря складає: (2.28) Теплоємність вологого повітря відносно 1 кг сухого повітря становить: Ссум= Спов+х. Спар Дж/ (кгК), Де Спов, Спар - теплоємкість повітря і водяної пари. Точка роси - tp - це температура, до якої необхідно охолодити вологе повітря, щоб воно стало насиченим (φ=100%). Різниця температур повітря tпов і мокрого термометра tм має назву потенціала сушіння. Поряд із c, φ, d різниця (tпов - tм) 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). Повітрявентилятор (нагрівання повітря) калорифер (3) (C) (4) робоча камера сушарки вентилятор (відсмоктування вологого повітря). Параметри повітря: А -do=10 г/кг; to=20oC; В - t1=100oC; С -φ2=80%. Втрати теплоти дійсного процесу сушіння qвтр=2100 кДж/кг. Додаткова підведена теплота в робочу камеру сушарки qдоб=420 кДж/кг. Температура матеріалу перед сушаркою - tм=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: Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|