Реферат: Технічна термодинаміка та теплові процеси технології будівельних матеріалів

В нашому прикладі = 420-2100=-1680 кДж на 1кг вологи. Знак мінус означає, що політропа дійсного процесу сушіння розташована нижче адіабати теоретичного процесу; ef - перпендикуляр із точки е на лінію АВ (в міліметрах). Згідно побудові, ef =64мм, m-приведений масштаб діаграми.

 (2.31)

Де Мі, Мd - відповідно масштаби ентальпії та вологовмісту.

Для даного прикладу побудова виконана на І-d - діаграмі з масштабом, віднесеним до 1кг сухого повітря:

Md=0.32г/мм і Mі =0,636 кДж/мм.

m =

Тоді

еЕ= -

Оскільки еЕ - від’ємна величина, відкладено її від т. е вниз. Із т. В через т. Е проводимо промінь, який характеризує напрямок дійсного процесу сушіння, а його перетин з кривою φ2=80% відмітимо точкою С. Із т. С опустимо перпендикуляр на АВ і позначимо точку D.

Питомі витрати сухого повітря  для дійсного процесу сушіння визначаються за формулою:

 (2.32)

Вимір дає значення для СD - 52 мм.

 кг сухого повітря на 1 кг вологи.

Питома витрата атмосферного повітря (вологовміст d0) cкладає:

= (1+0.001d0)

В нашому випадку Мі=2,1 кДж; Мd=1г в 1мм;

За вимірами на І-d-діаграмі еf=292мм. Тоді

еЕ=мм.

Із т. В через т. Е проводимо промінь, який є політропою практичного процесу сушіння. На ньому відмічаємо точку С його перетину з ізотермою для температури t2=800C відпрацьованого теплоносія. Точка С характеризує параметри відпрацьованого теплоносія. Із т. С опускаємо перпендикуляр на продовження Вf до точки D. Відрізок СD=462мм.

Питомі витрати сухого теплоносія на 1 кг випареної вологи складають:

 кг,

або для вологого повітря:

 кг/кг вологи.

Питомі витрати відпрацьованого теплоносія складають:

 кг/кг (тут 544 г/кг сухих газів - вологовміст відхідних газів).

Для визначення питомих витрат теплоти на І-d - діаграму наносимо точку А (t0=-100C, φ0 = 60%).

Для нашого випадку = 60 (1+0.001.10) =60,01 кг/кг вологи. Питомі витрати теплоти складають:

q= (2.33)

За побудовою АВ=127мм, тоді

 кДж/кг вологи.

ПРИКЛАД 2-12. Побудувати процес сушіння шлікеру у розпилюючій сушарці за наступними вихідними даними: температура теплоносія t1=12000C, вологовміст d1=84 г на 1 кг сухих газів (рис.2.6). Температура відпрацьованого теплоносія - t2=800C; температура зовнішнього повітря t0=-100C, φ0= 60%, do=5 г/кг сухого повітря. Теплові втрати складають 260 кДж /кг вологи.

На І-d - діаграмі наносимо точку В, яка відповідає t1=1200oC і d1=84 г/кг сухих газів. Із точки В проводимо вниз адіабатний промінь та промінь, паралельний лініям сталого волого вмісту.

На адіабатному промені намітим довільно точку е, з неї опустимо перпендикуляр на промінь, паралельний лініям d=const до точки f. Із т. е проводимо промінь, паралельний d=const і на ньому знайдемо положення т. Е за підрахунком:

 мм,

де  - теплові втрати практичного процесу сушіння (=260 кДж/ кг вол)

m - масштаб діаграми ( де Мі, Мd - масштаб ектальпії і вологовмісту).

Із т. А проводимо вертикальний промінь до перетину з ізотермою t1 =1200oC (точка В1). Довжина відрізку АВ1 складає 607 мм. Питомі витрати теплоти визначимо за формулою

 кДж.

При розрахунку сушарок часто виникає питання визначити необхідний час сушіння матеріалу. Для цього необхідно визначитись із параметрами процесу: швидкість сушіння, критична та вихідна вологість та ін.

ПРИКЛАД 2-13. Визначити тривалість сушіння деревної шпони в роликовій сушарці, якщо відомо:

Початкова вологість шпони Wпоч - 80%,

Перша критична вологість шпони Wкр - 30%,

Кінцева вологість шпони Wкін -6%,

Середня температура гріючого повітря tcер - 190оС,

Швидкість повітря V = 2.5 м/с,

Товщина шпони S -1.5 мм.

Тривалість сушіння визначається за формулою:

 (хв),

де Кn-коефіцієнт, що враховує породу деревини (Кn=0.9…1),

Kу - коефіцієнт, що враховує напрям циркуляції повітря в сушарці (Ку= =1…1.5).

N - коефіцієнт швидкості сушіння в першому періоді при поперечній циркуляції повітря:

;

К - коефіцієнт швидкості сушіння в другому періоді:

.

Після підстановки значень параметрів отримаємо:

;

Тоді  хв.

2.5 Фізичні властивості водяної пари

Насичена пара перебуває у рівновазі із рідиною, з якої вона утворюється. Температура насиченої пари є однозначною функцією її тиску і навпаки. Насичена пара може бути сухою і вологою.

Суха насичена пара не містить рідини, а волога являє собою суміш пари і дрібних крапель рідини, рівномірно зважених в об’ємі пари. Об’єм і температура сухої насиченої пари є функцією тільки тиску. Тому стан сухої насиченої пари визначається тільки одним параметром - тиском або температурою. Параметри сухої насиченої пари (t, оС; р, бар (МПа); V - питомий об’єм, м3/кг; і - тепловміст, кДж/кг; r - прихована теплота випаровування, кДж/кг) табульовані (табл. Д.8, Д.9).

Стан вологої насиченої пари визначається двома параметрами: тиском або температурою і ступенем сухості. Ступінь сухості Х - це масова частка сухої пари в суміші. Масова частка рідини позначається через у. Звичайно, що у = 1-х.

Для сухої пари х = 1, а у = 0. У стані кипіння х = 0. При тиску до 2МПа густина сухої насиченої пари становить приблизно . Також для вологої насиченої пари  (Vх - питомий об’єм)

 (2.35)

де V'' - питомий об’єм сухої насиченої пари.

Тепловміст насиченої пари складається із тепла нагріву рідини до температури випаровування та прихованого тепла пароутворення. Значення цих теплот за даним тиском пари є сталим. Тепловміст пари підвищується при зростанні температури, а прихована теплота випаровування зменшується. При досягненні критичного стану (t = 3740С, Р = 22 МПа, V = 0,00326 м3/кг) прихована теплота пароутворення дорівнює нулю і вода миттєво перетворюється на пару без додаткових втрат тепла.

Тепловміст насиченої пари при температурі tн може бути підрахованим за формулою:

Ін = r + Cptн, кДж/кг (2.36)

де r - теплота пароутворення, Ср - теплоємність.

Перегріта пара має температуру більш високу, ніж температура насиченої пари при тому ж самому тиску. У перегрітої пари відсутні певна залежність між температурою і тиском. Її стан характеризується двома параметрами (t, p). Різниця температур перегрітої та насиченої пари (при однаковому тиску) має назву перегріву tn - tн. Тепловміст перегрітої пари являє суму теплот насиченої пари та теплоти перегріву. Оскільки теплоємність перегрітої пари близька до теплоємності насиченої пари (1,97 Дж/кгК), то

Ін = r + Cptn, кДж/кг (2.37)

Ентропія водяної пари відраховується від умовного нуля (де ентропія води при0,010С, р = 0,0006108 МПа). Ентропія рідини , кДж/кг*К, де ТН - температура насичення.

Ентропія сухої насиченої пари

, (2.38)

де r - теплота пароутворення.

Ентропія вологої насиченої пари

 або SX = S'+ (S"-S') X (2.39)

Значення ентальпії і ентропії водяної пари можна визначити за параметрами S - діаграми (рис.2.7).

Приклад 2-13. Манометр парового котла показує тиск 0,2МПа. Барометричний тиск 0,103 МПа (776 мм рт. ст). Вважаючи пару сухою насиченою, визначити її температуру, питомий об’єм і ентальпію.

Абсолютний тиск в котлі р = 0,2 + 0,103 = 0,303 МПа.

З табл. Д.13 при р = 0,31 МПа tн = 134,660С,

при р = 0,3 МПа tн = 133,540С.

Для р = 0,303 МПа отримаємо інтерполяцію tн = 133,54 + 0,112*3 = = 133,880С.

Аналогічно V" = 0,5928 м3/кг; i" = 2725,6 кДж/кг.

Приклад 2-14. Визначити стан водяної пари, якщо тиск її р = 0,5МПа, температура 1720С.

Тиску 0,5 МПа відповідає температура насиченої пари tн=151,80С (табл. Д.13). Тому пара є перегрітою, величина перегріву складає t - tн = 172 - 151,8 = 20, 20С.

Приклад 2-15. Визначити стан водяної пари, якщо тиск її р = 0,6 МПа, а питомий об’єм 0,3м3/кг, тобто пара є вологою.

Ступінь сухості .

Приклад 2-16. Визначити масу, внутрішню енергію, ентальпію та ентропію 6м3 насиченої водяної пари при тиску р = 1,2 МПа і сухості пари Х = 0,9.

Питомий об’єм сухої насиченої пари складає 0,1633 м3/кг (табл. Д.9).

Тоді питомий об’єм вологої пари

Vх = 0,1633 * 0,9 = 0,147 м3/кг.

Маса пари

кг.

Внутрішня енергія пари

. Е

ентальпія пари

ІХ = МіХ.

іХ = rx + i' = 1987 * 0.9 + 798.3 = 2586.3 кДж/кг (табл. Д.9).

ІХ = 40,8 * 2586,3 = 105521 кДж.

Тому

кДж.

Ентропія пари

Приклад 2-17. Визначити параметри вологої насиченої пари при Х = 0,55, р = 5 бар.

Із табл. Д.13 знайдемо: t = 151,850С, V" = 0,374 м3/кг. Густина пари

 кг/м3.

Ентальпію пари визначаємо за рівнянням

іХ = rx + i' = 2108,4*0,95 + 640,1 = 2643 Дж/кг (табл. Д.13).

Приклад 2-18. Волога насичена пара Х = 0,98, р1=13 бар дросельована до р2 = 4 бар. Необхідно визначити параметри пари перед дроселем і після нього. При дроселюванні і1 = і2.

Із табл. Д.13 параметри пари перед дроселем: t1 = 191,60С, V"=0,151 м3/кг, і' = 814,7 кДж/кг, r1 = 1971,3 кДж/кг.

Визначимо ентальпію пари: іХ = 1971,3*0,98 + 814,7 = 2643 кДж/кг

Температура насиченої пари при р2 = 4 бар складає 143,620С, ентальпія сухої пари і" = 2738,5 кДж/кг. Враховуючи, що і2>і"2, то після дроселювання пара стає перегрітою. Величину перегріву можна визначити із діаграми. В даному випадку величина перегріву незначна і складає 40С.

Приклад 2-19. Незначно перегріта пара при р1 = 2,5 бар, t = 1300С виходить крізь сопло Лаваля і розширюється до тису р2 = 1 бар. Визначити стан пари перед та після сопла.

При р1 = 2,5 бар температура 127,430С (табл. Д.13), тобто перегрів складає С, ентальпія пари і" = 2717,2кДж/кг, а з урахуванням перегріву іпп = і' = Ср (tnn - tн) = 2717,2 + +1,99 (130 - 127,43) = 2722,3 кДж/кг.

Згідно із діаграмою величина ентальпії пари після розширення і2=2570 кДж/кг. Ступінь сухості пари можна визначити на діаграмі або розрахувати:

.

Приклад 2-20. Визначити кількість тепла, необхідного для розморожування та нагріву піску густиною 1300кг/м3, вологістю 5%, об’ємом 10м 3. Розморожування на нагрів піску здійснюється паровими регістрами. Вологість піску після розморожування 2,5%, нагрів піску здійснюється до 200С. Температура піску становить - 100С. Поверхня бункера 45 м2, утеплена мінераловатними плитами, товщиною 50 мм, покрита азбестоцементними листами, товщиною 10мм. Матеріал розморожується та нагрівається парою і тиском 0,4 Мпа.

Кількість тепла для нагріву піску при розморожуванні становить:

Кількість тепла для розморожування та нагріву води становить:

Непродуктивні витрати тепла:

 

Сумарна кількість тепла на розморожування:

Кількість тепла на нагрівання піску:

 

Кількість тепла на випаровування:

 

Тепловий потік у навколишнє середовище:

де бі - товщина розподілених стінок та шарів утеплювача,

 - теплопровідність піску та утеплювача,

F - поверхня бункера.

Вт/ (м2*К),

Тепловий потік у навколишнє середовище становить:

Сумарна кількість тепла для нагрівання піску від 00 до 200С (при нагріванні протягом 1 год):

535*103 + 77*103 + 7,047*103 = 619,047*103 кДж.

ІІ. Завдання до самостійної роботи

Задачі

1. Цегляна стіна із легкового шамоту має товщину 200 мм. Температури поверхнею стіни складають: t1 = 6800C, t2 = 250C. Теплопровідність шамоту 0,465 В/м*К. Визначити поверхневу щільність теплового потоку.

Відповідь: q = 1523 Вт/м2

2. Неізольований трубопровід із зовнішнім і внутрішнім діаметром відповідно dзов/dвн 80/70 мм для гарячої води з температурою 1000С розташовується у прохідному каналі, в якому температура повітря 300С. Довжина труби 100 м. Визначити кількість теплоти, яка втрачається крізь трубу за 1 год. Трубопровід виконаний із вуглецевої сталі =45Вт/ (м*К).

Відповідь: Q = 800 МДж.

3. Паропровід накритий 2 шарами ізоляції. Розмір паропроводу dзов/dвн = 159/147 м, =45Вт/ (м*К). Перший шар ізоляції - товщина 55 мм, = 0,186 Вт/ (м*К); другий шар - товщина 60 мм, = 0,0,93 Вт/ (м*К). Температура внутрішньої поверхні стінки 3200С, а зовнішньої поверхні ізоляції 400С. Визначити щільність теплового потоку крізь стінку 1 м паропроводу.

Відповідь: 260 Вт/м

4. Стінка печі складається з двох шарів цегли: шамотної б1 = 0,23м і діатомітової б2 = 0,15 м. Температура внутрішньої поверхні стінки 13000С, навколишнього повітря 250С. Коефіцієнти тепловіддачі: димовий газ-стінка... 1 = 34,89 Вт/м2*К, стінка-повітря... 2 = 16,3 Вт/м2*К. Теплопровідність цегли: шамотної 1 = 1,155 Вт/м*К, діатомітової 2 = 0, 208 Вт/м*К. Визначити щільність теплового потоку крізь 1 м стінки, температуру на межі між шарами шамоту і діатоміту.

Відповідь: q = 1632 Вт/м2, t2 = 12500С, t3 = 9300С

5. Визначити температури внутрішньої і зовнішньої поверхні стінки теплообмінного апарату, зовнішньої поверхні ізоляції. Температури: рідини в апараті 800С, зовнішнього повітря 100С. Апарат виготовлений із вуглецевої сталі. Для ізоляції біз = 50 мм. Коефіцієнт тепловіддачі: рідина - стінка апарату... 1 = 232 Вт/м2*К, поверхня ізоляції - повітря... 2 = 10,4 Вт/м2*К. Теплопровідність ізоляції 1 = 0,12 Вт/м*К.

Відповідь: t2 = 79,40С, t3 = 79,40С, t4 = 22,40С.

6. Цегляна порожниста стінка має загальний опір теплопередачі Rо=0,667 м2*К/Вт. Чому дорівнює коефіцієнт теплопередачі стіни?

Відповідь: 1,5Вт/м2*К

7. Визначити щільність теплового потоку, який втрачається 1 м неізольованого трубопроводу dзов/dвн 267/252 мм, прокладеному в закритому приміщенні. Температура пари 1700С, повітря в приміщенні 200С, теплопровідність сталі  = 45 Вт/м*К. Коефіцієнт тепловіддачі: пара - стінка... 1 = 640 Вт/м2*К, стінка - повітря... 2 = 14 Вт/м2*К.

Відповідь: 1700 Вт/м

8. По трубі діаметром 0,25 м, довжиною 5 м рухається гаряче повітря (середня температура 1500С). Середня температура стінки труби складає 3000С, середня швидкість повітря - 15 м/с. Визначити коефіцієнт тепловіддачі конвенцією до повітря.

Відповідь: 34 Вт/м2*К

9. Визначити щільність теплового потоку випромінювання 1 м2 обмурівки печі (температура 500С). Ступінь чорноти цегляної кладки 0,93.

Відповідь: q = 581,5 Вт/м2

10. Визначити приведений коефіцієнт випромінювання, якщо площа поверхні матеріалу, який сприймає тепло, 0,6м2, а площа поверхні, яка віддає тепло 2,8м2. Ступінь чорноти поверхні матеріалу і футерівки 0,8.

Відповідь: 4,33 Вт/ (м2*К4)

11. Визначити коефіцієнт тепловіддачі випромінювання, якщо щільність теплового потоку, який передається випромінюванням від газу до 1м2 стінки, 4000 Вт/м2, а температури газів і стінки складають відповідно 8500С і 6000С.

Відповідь: 16 Вт/м2*К

12. Визначити сумарний коефіцієнт тепловіддачі та тепловий потік поверхні сталевого теплообмінника висотою 2,8м, діаметром 2м. Теплообмінник розташований у приміщенні з габаритами Н - 4м, L-15м, В - 5м. Температура стінки апарату Т1 = 380К, температура повітря Т2 = 300К.

Відповідь: L = 15.34 Вт/м2*К, Q = 29,3кВт.

13. В холодильнику необхідно понизити температуру від 900С до 400С. Кількість охолоджуючої рідини 10000кг/год при 3350 Дж/кг*к. Початкова температура охолоджуючої води 250С. Коефіцієнт теплопередачі 290 Вт/м2*К. Визначити необхідну площу поверхні теплообміну та витрату води у прямому і протетичному режимах.

Відповідь: F1 = 68,3м2, F2 = 52м2, m = 40т/год

14. Визначити щільність теплового потоку, який втрачає обертова піч у навколишнє середовище, якщо: температура внутрішньої поверхні печі 14500С, зовнішньої поверхні корпусу 1000С, товщина корпусу 20мм, теплопровідність сталі 46,52 Вт/ (м*К), товщина футерівки 200мм, теплопровідність хромомагнезиту 1,49 Вт/ (м*К), товщина гарнисажу 150мм, теплопровідність гарнисажу 1,453 Вт/ (м*К).

Відповідь: 5605 Вт/м2

15. Визначити тепловий потік випромінювання корпусом печі 5х185м у навколишнє середовище, якщо питома щільність теплового потоку 5,605 кВт/м2.

Відповідь: Q = 16280 кВт

16. Визначити тепловіддачу неізольованої сталевої труби dзов/dвн 21/15 мм, якщо коефіцієнт тепловіддачі теплоносій - стінка труби...  = 1168 Вт/м*К, стінка - повітря...  = 1163 Вт/м*К, температура теплоносія 980С, навколишнього повітря 180С, теплопровідність стінки труби  = 58,15 Вт/м*К.

Відповідь: q = 60,5 Вт/м

17. В холодильнику необхідно охолодити рідину масою 10000кг/год від температури 600С до температури 300С, питома теплоємність рідини 2680 Дж/кг*К. Тепло передається воді, яка підігрівається від 250С до температури 320С. Коефіцієнт тепловіддачі від рідини до води К = 240 Вт/м2*К. Визначити витрати води і площу поверхні нагріву за проти річною схемою.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10