17

Центр дистанционного обучения

Процессы и аппараты химической технологии

Лекция №17

ФИО преподавателя: Таран Юлия Александровна

e-mail: taran_yu@mirea.ru

Online-edu.mirea.ru

1 online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Тепловые процессы

Необходимо четко выделять различные аспекты переноса теплоты в технологических аппаратах:

—перенос с потоками теплоносителей (потоковый перенос) при этом происходит либо изменение температур в направлении движения теплоносителя ΔТ= Т’ – T’’ и Δt = t’’- t’, либо изменение его агрегатного состояния — это цель и результат теплопереноса; —перенос между потоками теплоносителей (нормально к их

движению); он возникает при наличии температурного напора = Т — t разумеется, в различных точках рабочей зоны значения могут быть различными.

online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Теплоемкость с - количество теплоты, необходимой для изменения на 1 градус температуры единичной массы рабочего тела (вещества). В основном при изучении теплопереноса используют теплоемкость при постоянном давлении ср. Величина с в общем случае зависит от температуры, хотя и не всегда существенно. Заметим, что в практических расчетах теплоемкость выражают не только в Дж/(кг К), но и в кДж/(кгК).

Удельной теплотой конденсации r (или обратных процессов — испарения, парообразования) называют количество теплоты, выделяющейся при конденсации

(необходимой – при испарении) единичной массы вещества. Измеряется r в Дж/кг (в таблицах часто приводится в кДж/кг). Конденсация или кипение индивидуальных веществ происходит при неизменной температуре tкип = const.

3online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Энтальпия(«физическое тепло», которое «несет с coбoй» тело, поток), обозначаемой чаще всего символами Н, h, i измеряется в Дж/кг (часто в кДж/кг). Энтальпию принято отсчитывать от некой температуры t0, при которой принимается Н, h, i = 0. Чаще всего за начало отсчета энтальпии принимают 0 °С; в холодильных процессах, дабы не оперировать отрицательными энтальпиями; точку отсчета выбирают ниже (например, —100 °С).

При рабочей температуре t, в отсутствие изменения агрегатного состояния во всем диапазоне от t0 до t, энтальпию h рассчитывают по очевидной формуле:

Если изменением теплоемкости с температурой можно пренебречь (с = const), то h=c(t-t0),

а при t0 = 0 — еще проще:

h =ct.

Если вещество при t0 (в частности, при 0 °С) имеет иное агрегатное состояние, нежели при рабочей температуре, то энтальпия определяется с учетом теплоты фазовых превращений. Очевидно, в частности, что удельные теплоты представляют собой разности энтальпий вещества на границах фазовых состоя (скажем, сухого насыщенного пара и кипящей жидкости).

Центр дистанционного обучения

Виды теплопереноса

1.Кондукция (теплопроводность, молекулярный перенос тепла) – это перенос теплоты при непосредственном соприкосновении частиц рабочего тела, имеющих разную температуру – без перемещения упомянутых частиц. При этом под частицами здесь подразумеваются достаточно крупные образования сплошной среды, существенно превосходящие размерами микрочастицы — атомы, молекулы и т.п.

Кондуктивныйперенос тепла описывается законом Фурье:

q = –λ gradt = – λ ,

где q– удельный тепловой поток, Вт/м2;

λ– коэффициент пропорциональности, он называется

коэффициентомтеплопроводности.

online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Виды теплопереноса

2. Конвекцияпредставляет собой перенос теплоты за счет перемещения масс рабочего тела (теплоносителя) — жидкого, газообразного, в отдельных процессах и твердого — в рабочей зоне технологического аппарата. Обычно речь идет о передаче теплоты от твердой поверхности к жидкости (газу) или наоборот, от жидкости к твердой поверхности при наличии разности их температур ∆ .

Конвективный перенос теплоты описывается законом Ньютона – Рихмана: q= α∆,

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К).

В зависимости от причины перемещения масс рабочего тела различают:

-вынужденную конвекцию, когда перенос рабочего тела вызван действием внешних побудителей (насосов, компрессоров, разности давлений и т.п.);

-естественную конвекцию, когда перемещение масс обусловлено различием

плотностей рабочего тела в разных зонах аппарата (пространства вообще);

6online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Виды теплопереноса

3. Лучистым (теплоперенос излучением) называют перенос теплоты путем электромагнитных колебаний; он сопровождается превращением тепловой энергии в электромагнитные волны и обратно. Каждое тело постоянно излучает энергию, причем интенсивность этого излучения, обусловленного сложными возмущениями на атомном и молекулярном уровнях, зависит, прежде всего, от свойств излучающей поверхности и от температуры. Часть излучаемой энергии при попадании на тело поглощается им и вновь переходит в теплоту; другая часть отражается от поверхности тела или проходит сквозь тело (в конечном счете она поглощается другими телами или уходит в окружающую среду). В результате одновременного излучения и поглощения телом разных количеств энергии происходит теплообмен.

Перенос лучистого потока теплоты характеризуется законом Стефана – Больцмана:

q=σ0T4,

где σо (сигма) - константа излучения абсолютно черного тела (коэффициент пропорциональности).

7online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Уравнение Фурье-Кирхгофа

online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Уравнение Фурье-Кирхгофа

Приход теплоты в контур за счет теплопроводности (кондукции) через левую грань dydz, где температура равна t, согласно закону Фурье за

время dτ составляет Прx = dydzdτ.

online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Уравнение Фурье-Кирхгофа

Приход теплоты в контур за счет теплопроводности (кондукции) через левую грань dydz, где температура равна t, согласно закону Фурье за

время dτ составляет Прx = dydzdτ.

Через правую грань dydz, где температура равна t + dx, теплота уходит из контура — за время dτ в количестве Ухx= dx)dydzdτ.

online.mirea.ru