Реферат на тему конвективный теплообмен

Обновлено: 28.06.2024

Конвекция, конвективный теплообмен, коэффициент теплоотдачи, термическое сопротивление теплоотдачи, сущность процессов конвективного теплообмена.

Конвекцией называют процесс переноса теплоты при перемещении макрочастиц (газа или жидкости). Поэтому конвекция возможна лишь в среде, частицы которой могут легко перемещаться.

Конвективным называют теплообмен, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты. Другими словами, конвективный теплообмен осуществляется одновременно двумя способами: конвекцией и теплопроводностью.

Конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью ее раздела с другой средой (твердым телом, жидкостью или газом) называют теплоотдачей.

Главной задачей теории конвективной теплоотдачи является определение количества теплоты, которое проходит через поверхность твердого тела, омываемого потоком. Результирующий поток теплоты всегда направлен в сторону уменьшения температуры,

При практических расчетах теплоотдачи пользуются законом Ньютона:

т. е. тепловой поток Q от жидкости к стенке или от стенки к жидкости пропорционален поверхности F, участвующей в теплообмене, и температурному напору (tж — tст, где tст — температура поверхности стенки, а tж— температура среды, омывающей поверхность стенки. Коэффициент пропорциональности б, учитывающий конкретные условия теплообмена между жидкостью и поверхностью тела, называют коэффициентом теплоотдачи.

Приняв по формуле (15-1) F=1мІ, а ф =1 сек, получим плотность теплового потока в ваттах на квадратный метр;

Величину 1/б обратную коэффициенту теплоотдачи, называют термическим сопротивлением теплоотдачи.

б = q : (tж-tcт) (15-3)

Из равенства (15-3) следует, что коэффициент теплоотдачи, а есть плотность теплового потока q , отнесенная к разности температур поверхности тела и окружающей среды.

При температурном напоре, равном 1° (tж-tcт=1°), коэффициент теплоотдачи численно равен плотности теплового потока б = q

Теплоотдача является достаточно сложным процессом и коэффициент теплоотдачи, а зависит от многих факторов, основными из которых являются:

а) причина возникновения течения жидкости;

б) режим течения жидкости (ламинарный или турбулентный);

в) физические свойства жидкости;

г) форма и размеры теплоотдающей поверхности.

По причине возникновения движения жидкости, бывает свободным и вынужденным.

2. Циклонные топки

Циклонные топки предназначены для сжигания дробленого угля. Схема такой топки представлена на рис. 19-8. Дробленый уголь с первичным воздухом подается через штуцер I в циклонную камеру 2. В нее же тангенциально подается вторичный воздух, который поступает через штуцер 3 со скоростью около 100 м/сек, В камере создается вращающийся поток продуктов горения, отбрасывающий крупные частички топлива на ее стены, где они под действием горячих воздушных потоков газифицируются.

.Из циклонной камеры продукты горения с недогоревшими частицами топлива поступают в камеру дожигания 4. Шлак из циклонной камеры через камеру дожигания поступает в шлаковую ванну, где он гранулируется водой.

Достоинствами циклонных топок являются:

возможность горения топлива с небольшим избытком воздуха1,05—1,1, что снижает потери теплоты с отходящими газами;

повышенная удельная тепловая мощность топочного объема;

возможность работы на дробленом угле (вместо пылевидного);

улавливание золы топлива в топке до 80—90%.

К недостаткам циклонной топки относятся:

1) трудность сжигания высоковлажных углей и углей с малым выходом летучих веществ;

2) повышенный расход энергии на дутьё.

3. Газообразное топливо

Естественное. Природный (естественный) газ встречается во многих местах земного шара.

Запасы газового топлива в некоторых месторождениях достигают сотен миллиардов кубических метров. Его добывают не только из специальных газовых скважин, но и как побочный продукт при добыче нефти. Такой природный газ называют попутным нефтяным газом.

Основной составной частью природного газа является метан СН4.

Природный газ обладает высокой теплотой сгорания. Его используют в качестве топлива для промышленных печей, автотранспорта, а также для бытовых нужд.

Часть природного газа подвергают химической переработке для получения жидкого топлива, технологического газа, химического сырья.

В СССР крупные газоносные районы расположены в Поволжье, на Северном Кавказе, Украине, в Зауралье и др.

Искусственное. Искусственное газовое горючее (коксовый, мазутный, генераторный газы) получают при переработке нефти и естественного твердого топлива, а также в качестве побочного продукта в сырья.. Газообразное топливо.х углей и углей с малым выходом летучих веществ;лообмен, коэффициент теплоотдачи, термическое снекоторых отраслях промышленного производства, как, например, в доменном.

Доменный газ образуется в доменных печах при выплавке чугуна. Примерно половина полученного газа расходуется на собственные нужды доменной печи. Вторая половина газа может быть использована в качестве топлива.

Условие: Какое количество теплоты необходимо подвести к 1кг. воздуха с t =20С, чтобы его объем при постоянном давлении увеличился в два раза.

Вопрос: Определить температуру воздуха в конце процесса, теплоемкость воздуха –постоянная.

t = 25C – согласно IS- диаграммы.

Объем конечный вычислить так:

Vк = Vн х 2 = 0,058х2=0,116мІ

Определить количество теплоты по формуле:

где m-масса кг. - по заданию 1.5кг, с-теплоемкость кДж (кгС) из таблицы- 1,005кДж/кг.

Ответ: необходимо подвести теплоту в количестве Q =7,537,температура воздуха в конце процесса составит 25С.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Основные понятия и определения передачи теплоты конвекцией, ее физический смысл. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. Основные положения теории подобия в виде трех теорем. Определение теплоотдачи при вынужденном омывании пластины.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	07.05.2015
Размер файла	435,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1.Основные понятия и определения

конвекция теплообмен теория подобия

Передача теплоты конвекцией осуществляется перемещением в пространстве неравномерно нагретых объемов жидкости или газов. В дальнейшем изложении обе среды объединены одним наименованием -- жидкость. Обычно при инженерных расчетах определяется конвективный теплообмен между жидкостью и твердой стенкой, называемый теплоотдачей. Согласно закону Ньютона--Рихмана, тепловой поток Q от стенки к жидкости пропорционален поверхности теплообмена и разности температур между температурой твердой стенки t_c и температурой жидкости t_ж:

Главная трудность расчета заключается в определении коэффициента теплоотдачи б, зависящего от ряда факторов: физических свойств омывающей поверхность жидкости (плотности, вязкости, теплоемкости, теплопроводности), формы и размеров поверхности, природы возникновения движения среды, скорости движения.

По природе возникновения различают два вида движения -- свободное и вынужденное. Свободное движение происходит вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости, находящейся в поле действия сил тяжести; оно называется также естественной конвекцией и зависит от рода жидкости, разности температур, объема пространства, в котором протекает процесс.

Вынужденное движение возникает под действием посторонних побудителей (насоса, вентилятора, ветра). В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разность температур в отдельных точках жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения.

Движение жидкости может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме частицы жидкости движутся послойно, не перемешиваясь. Турбулентный режим характеризуется непрерывным перемешиванием всех слоев жидкости. Переход ламинарного режима в турбулентный определяется значением безразмерного комплекса, называемого числом Рейнольдса:

где w - скорость движения жидкости; н -- коэффициент кинематической вязкости 1 ; l -- характерный размер канала или обтекаемой стенки.

При любом режиме движения частицы жидкости, непосредственно прилегающие к твердой поверхности, как бы прилипают к ней. В результате вблизи обтекаемой поверхности вследствие действия сил вязкости образуется тонкий слой заторможенной жидкости, в пределах которого скорость изменяется от нуля на поверхности тела до скорости невозмущенного потока (вдали от тела). Этот слой заторможенной жидкости получил название гидродинамического пограничного слоя. Толщина этого слоя возрастает вдоль по потоку, так как по мере движения влияние вязкости распространяется все больше на невозмущенный поток. Однако и в случае турбулентного пограничного слоя непосредственно у стенки имеется очень тонкий слой жидкости, движение в котором носит ламинарный характер. Этот слой называется вязким, или ламинарным, подслоем.

Аналогично понятию гидродинамического слоя существует понятие теплового пограничного слоя -- прилегающей к твердой поверхности области, в которой температура жидкости изменяется от температуры стенок t_с до температуры жидкости вдали от тела t_ж. В общем случае толщины гидродинамического и теплового пограничных слоев пропорциональны, а для газов практически равны.

Интенсивность переноса теплоты зависит от режима движения жидкости в пограничном слое. При турбулентном пограничном слое перенос теплоты в направлении стенки обусловлен турбулентным перемешиванием жидкости. Однако непосредственно у стенки, в ламинарном подслое теплота будет переноситься теплопроводностью. При ламинарном пограничном слое теплота в направлении стенки переносится только теплопроводностью.

2.Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена

На основании рассмотренного выше представления о процессах переноса теплоты при движении жидкости вдоль твердой поверхности получим уравнение, описывающее процесс теплоотдачи на границах тела. Так как у поверхности твердого тела имеется слой неподвижной жидкости, то для этого слоя можно использовать закон Фурье. Принимая, что ось Оу направлена перпендикулярно поверхности, запишем

Иными словами говоря, если через изучаемый нами элементарный объём движется со скоростью w некое температурное поле, то дифференциальное уравнение теплопроводности следует накладывать на это поле.

Для строго описания процессов конвективного теплообмена к дифференциальному уравнению (10.3) следует добавить уравнение (Навье-Стокса) движения вязкой жидкости, вытекающее из второго закона Ньютона, уравнение сплошности и неразрывности жидкости и учесть зависимость плотности жидкости от температуры. Такая система уравнений описывает большой класс явлений -- процессы конвективного теплообмена между жидкостью и твердой стенкой. Эти уравнения должны быть дополнены условиями однозначности, характеризующими конкретные особенности той или иной рассматриваемой задачи.

3.Основы теории подобия

Ввиду сложности математического описания процессов конвективного теплообмена аналитическое решение дифференциальных уравнений с условиями однозначности оказывается возможным только в результате дополнительных упрощений, которые в значительной мере снижают практическую ценность полученных результатов. Поэтому многие зависимости для конкретных задач конвективного теплообмена получают экспериментальным путем. Распространение этих эмпирических зависимостей на другие конкретные явления может привести к грубым ошибкам.

Объединение математических методов с экспериментом с помощью теории подобия позволяет распространить результаты единичного опыта на целую группу явлений.

Понятие подобия, как известно, впервые введено в геометрии. Геометрически подобными называются такие фигуры, у которых сходственные (одноименные) стороны пропорциональны, а сходственные углы равны.

Понятие подобия распространяется на любое физическое явление. Физические явления считаются подобными, если они относятся к одному и тому же классу, протекают в геометрически подобных системах, и подобны все однородные физические величины, характеризующие эти явления. Однородными называются такие величины, которые имеют один и тот же физический смысл и одинаковую размерность. Таким образом, для подобных физических явлений в сходственных точках и в сходственные моменты времени любая величина ц? первого явления пропорциональна величине ц?? второго явления, т. е. ц?=c_ц·ц. При этом каждая физическая величина ц имеет свой множитель преобразования c_ц_? численно отличный от других.

Аналогично геометрическому подобию уравнения, описывающие подобные физические явления, после приведения их к безразмерному виду становятся тождественно одинаковыми. При этом в сходственных точках все одноименные безразмерные величины, в том числе и безразмерные параметры, будут равны.

Приведем к безразмерному виду дифференциальное уравнение теплоотдачи. Если ввести обозначение ?=t--t_c, то (10.2) можно записать в форме

Выберем какой-либо характерный геометрический размер l₀ и избыточную температуру стенки ?_c=t_с--t_ж в качестве величин приведения. Обозначим безразмерные величины

тогда y=l₀·Y и ?=?₀·и. Подставляя полученные выражения для у и ? в уравнение (10.4), запишем

Помимо безразмерной температуры и и координаты Y, в уравнение входит безразмерный комплекс

составленный из разнородных физических величин,

характеризующих явление числом характеризующих явление теплоотдачи. Согласно свойству подобных физических явлений, этот комплекс должен иметь одинаковые значения для всех подобных систем. Такие комплексы носят название чисел подобия. Полученный безразмерный комплекс называется числом Нуссельта

и представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи. Числа подобия, составленные только из заданных параметров математического описания задачи, называются критериями подобия. Анализ уравнений конвективного теплообмена позволяет получить следующие основные критерии подобия:

-- критерий Рейнольдса, характеризующий режим движения жидкости;

-- критерий Грасгофа, характеризующий подъемную силу, возникшую вследствие разности плотности жидкости. Здесь в - коэффициент объёмного расширения жидкости;

-- критерий Прандтля, определяющий физические свойства жидкости.

Критерии, составленные из величин, определяющих характер процесса, но не включающие искомых величин, называются определяющими, а критерии, включающие искомые величины, - неопределяющими. Так, при расчёте конвективного теплообмена критерий Nu не является определяющим, так как в него входит искомая величина б. Критерии же Re и Pr в этих же расчётах - определяющие.

4.Теоремы подобия

Основные положения теории подобия формулируются в виде трех теорем. Первая и вторая теоремы подобия формулируют основные свойства подобных между собой явлений, третья устанавливает признаки, по которым можно определить, подобны ли рассматриваемые явления.

В подобных явлениях все одноименные числа подобия (в том числе и критерии подобия) должны быть численно одинаковы. В этом заключается сущность первой теоремы подобия. Существует и такая формулировка этой теоремы: в сходственных точках подобных процессов одноимённые критерии должны иметь одинаковые значения. Здесь речь идёт о тех точках процессов, в которых определяются искомые величины.

На основании второй теоремы подобия зависимость между переменными, характеризующими какой-либо процесс, может быть представлена в виде зависимости между числами подобия. Функциональная зависимость между числами подобия называется уравнением подобия. При конвективном теплообмене уравнение подобия в общем случае имеет следующий вид:

Определенному численному значению критерия Рейнольдса соответствует бесчисленное количество значений каждого из параметров w, l₀, н. Но каждому значению параметра соответствует конкретный единичный случай. Все это справедливо и для других критериев (Грасгофа, Прандтля). Следовательно, решение в форме (10.6) справедливо для бесчисленного количества тех единичных случаев, у которых одинаковы критерии Рейнольдса, Прандтля и Грасгофа, поэтому оно имеет обобщенный характер.

Сущность второй теоремы подобия хорошо определяется следующей формулировкой: определяющие и неопределяющие критерии подобных процессов связаны между собой уравнением подобия, которое является безразмерным решением рассматриваемой задачи, справедливым для всех подобных процессов.

Подобны те явления, у которых одноименные критерии подобия одинаковы -- такова формулировка третьей теоремы подобия.

Теорию подобия можно рассматривать как учение о характерных для данного процесса обобщенных безразмерных переменных. Переход к таким переменным позволяет переносить полученные для единичного случая зависимости на группу подобных явлений. Область обобщения опытных данных ограничена условиями подобия, сформулированными третьей теоремой подобия.

На основании уравнений подобия можно определить значения числа Нуссельта и, следовательно, соответствующие значения коэффициента теплоотдачи

При решении уравнений подобия следует обращать внимание на определяющую температуру и определяющий геометрический размер. Определяющей температурой называется температура, по которой определяются значения физических параметров среды, входящих в числа подобия. Определяющим размером называется характерный линейный размер l₀, которым определяется развитие процесса. Например, для труб круглого сечения определяющим линейным размером является диаметр.

5.Уравнения подобия для различных случаев теплообмена

Теплоотдача при вынужденном омывании пластины

Учитывая, что изменение температуры происходит в тепловом пограничном слое, толщина которого пропорциональна толщине гидродинамического пограничного слоя, приближенно запишем

где д - толщина пограничного слоя.

Подставим это выражение в уравнение (10.2):

Из (10.8) видно, что величина коэффициента теплоотдачи зависит от толщины пограничного слоя. В связи с увеличением д коэффициент теплоотдачи уменьшается при удалении от носовой части пластины. Среднее значение коэффициента теплоотдачи:

в ламинарном пограничном слое (Re 4 )

в турбулентном пограничном слое (Re>4·10 4 )

Теплоотдача при вынужденном движении в трубах

Интенсивность теплообмена в прямых гладких трубах зависит от режима течения потока, определяемого величиной Re. При движении жидкости в трубах развитый турбулентный режим течения устанавливается при значениях Re>10 4 ; Re=2·10 3 ч1·10 4 соответствует переходному режиму. При ламинарном движении происходит значительное изменение температуры по сечению трубы и соответственно изменение плотности текущей жидкости. Вследствие этого на вынужденное движение теплоносителя накладывается свободное движение. Интенсивность свободного движения характеризуется числом Грасгофа. Средний по длине трубы коэффициент теплоотдачи при вынужденном ламинарном движении жидкости в трубе, учитывающий влияние свободной конвекции, представляется в виде:

Здесь определяющий геометрический размер -- диаметр трубы d или эквивалентный диаметр канала любой формы; определяющая температура -- средняя температура потока. Коэффициент е_l, зависит от отношения l/d, где l -- длина трубы. При l/d>50 е_l=1. При l/d=1 е_l=1,9.

При турбулентном режиме жидкость в потоке весьма интенсивно перемешивается и естественная конвекция практически не оказывает влияния на интенсивность теплообмена. Для определения среднего по длине трубы коэффициента теплоотдачи при развитом турбулентном движении (Re>10 4 ) рекомендуется следующее уравнение подобия:

Для потока в пределах Re=2·10 3 ч1·10 4 лежит область переходного режима. Теплоотдача при этом режиме зависит от очень многих факторов, которые трудно учесть одним уравнением подобия. Приближенно коэффициент теплоотдачи в этой области можно оценить следующим образом. Наибольшее значение коэффициента теплоотдачи определится по формуле (10.12), а наименьшее с помощью уравнения

Соответствующие значения числа Ко в зависимости от числа Re приведены ниже:

Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Перенос теплоты может передаваться тремя способами:

теплопроводностью;
конвекцией;
излучением (радиацией).

Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии.

Конвекция – это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Этот вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение э/м волн в пространстве, поглощение энергии излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно-кондуктивным теплообменом.

Совокупность всех трех видов теплообмена называется сложным теплообменом.

Процесс переноса теплоты может сопровождаться переносом вещества (массообмен). Например испарение воды в воздух, движение жидкостей или газов в трубопроводах и.т.п. и.т.д. Тогда процесс теплообмена усложняется, так как теплота дополнительно переносится с массой движущегося вещества.

Закон Ньютона – Рихмана.

Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона – Рихмана, которая гласит, что количество теплоты, передаваемая конвективным теплообменом прямо пропорционально разности температур поверхности тела (t_'ст )и окружающей среды (t_'ж ):

где: коэффициент теплоотдачи [Вт/(м 2 К)], характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

Факторы, которые влияют на процесс конвективного теплообмена, включают в этот коэффициент теплоотдачи. Тогда коэффициент теплоотдачи является функцией этих параметров и можно записать эту зависимость в виде следующего уравнения:

где: Х – характер движения среды (свободная, вынужденная);

Ф – форма поверхности;

l_o – характерный размер поверхности (длина, высота, диаметр и т.д.);

Основные понятия теплообмена. Сущность теплопроводности. Конвективный теплообмен. Тепловое излучение и его эффективность.

Работа любой тепловой установки основана на явлении теплообмена между телами. Без знания основных законов перехода теплоты от одного тела к другому невозможна технически грамотная эксплуатация, а также проектирование новых высокопроизводительных и экономичных конструкций разнообразных тепловых установок. Успехи, достигнутые за последние годы в области теплотехники, свидетельствуют о возрастающей роли науки в техническом прогрессе страны. Новые научные открытия нашли отражение в создании ряда мощных тепловых установок в энергетике, металлургии, промышленности строительных материалов и многих других отраслях народного хозяйства.

Основные понятия теплообмена

Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Перенос теплоты может передаваться тремя способами: теплопроводностью; конвекцией; излучением (радиацией). Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии.

Конвекция – это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа.

При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Этот вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Процессы теплообмена могут происходит в различных средах: чистых веществах и разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния рабочих сред и т.д. В зависимости от этого теплообмен протекает по разному и описывается различными уравнениями. Процесс переноса теплоты может сопровождаться переносом вещества (массообмен). Например испарение воды в воздух, движение жидкостей или газов в трубопроводах и.т.п. и.т.д. Тогда процесс теплообмена усложняется, так как теплота дополнительно переносится с массой движущегося вещества.

Сущность теплопроводности

Теплопроводность – это перемещение теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, обусловленный движением частиц (молекул, атомов, ионов, свободных электронов и др.).

Если температура твердого тела или неподвижной жидкости неодинакова, то происходит распространение теплоты теплопроводностью от точек с высокой температурой к точкам с низкой. Теплообмен между отдельными частями тела объясняется взаимным обменом кинетической энергией через молекулярные связи, распространением упругих волн, а в металлах также диффузией электронов.

Рассмотрим теплообмен путем теплопроводности применительно к твердым телам. Предварительно установим некоторые элементарные понятия.

Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек пространства, в котором протекает процесс, называется температурным полем. Если температура тела для данного отрезка времени постоянна, поле называется стационарным, если температура изменяется во времени, то поле называется нестационарным.

Изменение температуры на единицу расстояния между изотермическими поверхностями называется температурным градиентом. При возрастании температуры он имеет положительное значение, при падении — отрицательное.

Количество теплоты, проходящее между двумя изотермическими поверхностями в сторону понижения температур, называется тепловым потоком. Его выражают в ваттах. Наибольший тепловой поток направлен по нормам к изотермическим поверхностям.

Теплопроводность зависит от состояния тела, его физических свойств и температуры. Стенки тепловых установок, работающих при сравнительно невысоких температурах — сушильных и пропарочных камер, выполняют однослойными. Стенки высокотемпературных установок—топок, котельных и печей выполняются из нескольких слоев: внутреннюю поверхность футеруют огнеупорным материалом, средний слой является изоляционным, наружную поверхность делают из глиняного строительного кирпича.

Тепловой поток, проходящий через многослойную плоскую стенку, прямо пропорционален разности температур поверхностен первого и последнего слоя площади поверхности, через которую он проходит, и обратно пропорционален полному термическому сопротивлению многослойной плоской стенки.

Особенностью прохождения теплового потока через цилиндрическую стенку (например, трубы) является то, что изотермические поверхности ее цилиндрические, имеющие общую ось с трубой, а температура изменяется по радиусу.

Аналогично плоской стенке разность, стоящая в знаменателе,— это термическое сопротивление 1 м длины трубы.

Из закона Фурье следует: при равном перепаде температур на внешних поверхностях чем больше термическое сопротивление стенки, тем меньший поток теплоты проходит через нее.

Конвективный теплообмен

Конвективным теплообменом называется одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью. В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

1). Природа возникновения движения жидкости вдоль поверхности стенки. Самопроизвольное движение жидкости (газа) в поле тяжести, обусловленное разностью плотностей её горячих и холодных слоев, называют свободным движением (естественная конвекция). Движение, создаваемое вследствие разности давлений, которые создаются насосом, вентилятором и другими устройствами, называется вынужденным (вынужденная конвекция).

2). Режим движения жидкости. Упорядоченное, слоистое, спокойное, без пульсаций движение называется ламинарным. Беспорядочное, хаотическое, вихревое движение называется турбулентным.

3). Физические свойства жидкостей и газов. Большое влияние на конвективный теплообмен оказывают следующие физические параметры: коэффициент теплопроводности (l), удельная теплоемкость (с), плотность (ρ), κкоэффициент температуропроводности (а = λ/cр•ρ), коэффициент динамической вязкости (μ) или кинематической вязкости (ν = μ/ρ), тεмпературный коэффициент объемного расширения (β = 1/Т). 4). Форма (плоская, цилиндрическая), размеры и положение поверхности (горизонтальная, вертикальная).

Теплоотдача при конденсации пара имеет большое практическое значение при проектировании и эксплуатации конденсаторов, установок для тепловлажностной обработки железобетонных и силикатных изделий.

Пар при соприкосновении с холодными поверхностями конденсируется. Образовавшиеся на поверхности капли конденсата, растекаясь, образуют пленку. Такая конденсация называется пленочной в отличие от капельной, при которой на поверхности сохраняются капли конденсата, если, например, поверхность покрыта маслом.

Коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации значительно выше, чем при пленочной, так как пленка препятствует передаче теплоты к стенке. Теплоотдача от пара к стенке при пленочной конденсации происходит последовательно теплопроводностью через слой пленки и затем конвекцией от движущейся ламинарно по стенке пленки.

Температура поверхности пленки, обращенной к пару, равна температуре насыщения газа соприкасающейся со стенкой — температуре стенки tCT- Если температура поверхности выше температуры насыщения, то конденсации не происходит.

Теплоотдача к бетонным изделиям в установках для тепловлажностной обработки происходит при пленочной конденсации.

В паровоздушной среде теплоотдача замедляется, так как при конденсации пара на стенке оседают пузырьки воздуха, препятствующие стеканию конденсата. Это следует учитывать при проектировании установок для тепловлажностной обработки железобетонных изделий, в которых изделия пропариваются как в среде чистого пара, так и в паровоздушной смеси.

Для определения коэффициента теплоотдачи в чисто паровой среде рекомендуют следующие эмпирические формулы как в наибольшей мерепростые: при вертикальном расположении изделий.

Тепловое излучение и его эффективность

Тепловое излучение — это процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. При этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения. Процесс превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения веществом называется тепловым излучением.

Эффективность излучения можно ощутить или измерить прибором. Зависимость теплового излучения от температуры выражена законом Стефана — Больцмана: поверхностная плотность (излучательность) лучистого потока (сро) абсолютно черного тела пропорциональна его абсолютной температуре в четвертой степени.

Согласно закону теплового излучения Кирхгофа, отношение излучателыюсти тела к его коэффициенту поглощения не зависит от природы тел и равно излучательности абсолютно черного тела при той же температуре.

Абсолютно черное тело, поглощающее всю падающую на него энергию излучения, отличается также наибольшей излучательностью.

Выбор тел с наибольшей излучательностью имеет большое значение для создания источников радиационной теплоты. При передаче теплоты излучением следует иметь в виду, что тела с большим коэффициентом поглощения нагреются быстрее, что сокращает время их нагрева, а следовательно, повышает производительность тепловых установок. Эти свойства тел устанавливают, сравнивая излучательности данного тела в абсолютно черного, отношение которых называют коэффициентом черноты.

Кроме твердых тел при высоких температурах большими излучательностью и коэффициентом поглощения обладают трехатомные и многоатомные жидкости и газы в отличие от одноатомных .и двухатомных газов, почти прозрачных для тепловых лучей. В качестве примера можно назвать продукты сгорания (СО2, Н20 и Др.).

При высокотемпературной обработке строительных материалов (клинкера, керамики и др.) широко используется теплообмен излучением от продуктов сгорания топлива. В котельных установках этот способ теплообмена имеет место при отдаче теплоты от факела топлива и газов к радиационной поверхности нагрева паровых котлов, являющихся генераторами пара.

Тепловой поток, передаваемый от газов излучением к нагреваемой поверхности, зависит не только от их температуры, но и от содержания в них С02, Н20 и от толщины газового слоя.

Как показала практика, последнее мероприятие позволило значительно ускорить обжиг клинкера во вращающихся печах с расширенной зоной спекания, обжиг кирпича в кольцевых печах при разреженной садке, увеличивающей толщину газового своя между соседними кирпичами.

Список литературы

2. Недужий И.А., Алабовский А.Н. Техническая термодинамика и теплопередача. - К.: Высшая школа, 1981.-248с.

Чтобы скачать работу бесплатно нужно вступить в нашу группу ВКонтакте. Просто кликните по кнопке ниже. Кстати, в нашей группе мы бесплатно помогаем с написанием учебных работ.

>>>>> Перейти к скачиванию файла с работой
Кстати! В нашей группе ВКонтакте мы бесплатно помогаем с поиском рефератов, курсовых и информации для их написания. Не спешите выходить из группы после загрузки работы, мы ещё можем Вам пригодиться ;)

Секреты идеального введения курсовой работы (а также реферата и диплома) от профессиональных авторов крупнейших рефератных агентств России. Узнайте, как правильно сформулировать актуальность темы работы, определить цели и задачи, указать предмет, объект и методы исследования, а также теоретическую, нормативно-правовую и практическую базу Вашей работы.

Секреты идеального заключения дипломной и курсовой работы от профессиональных авторов крупнейших рефератных агентств России. Узнайте, как правильно сформулировать выводы о проделанной работы и составить рекомендации по совершенствованию изучаемого вопроса.

Заказать реферат (курсовую, диплом или отчёт) без рисков, напрямую у автора.

Похожие работы:
Основы теории живучести

Оценка живучести узлов нагрузки и надежности схем систем электроснабжения. Функции распределения интервалов времени между выходами из строя оборудования по вине человека. Отказы элементов схемы. Многопроцессорные вычислительные системы реального времени.

Основы теории и технологии контактной точечной сварки. Процессы, протекающие при контактной точечной сварке: деформирования свариваемых деталей; формирования механических и электрических контактов, электрической проводимости зоны сварки; нагрева металла.

Понятие объекта управления. Принципы управления и регулирования. Элементы линейной теории автоматического регулирования. Модели статики. Математическое описание. Понятие о линейных элементах. Линеаризация реальных элементов САР, её способы и предпосылки.

Основы теории резания пищевых продуктов. Оборудование для очистки овощей и фруктов, машины для нарезания и измельчения мясных полуфабрикатов, схемы дисковых овощерезок. Машины для нарезки хлебобулочных изделий, для дробления твердых пищевых продуктов.

Основы теории и сущность процессов выпаривания. Особенности процессов многократного выпаривания и применение термокомпрессоров в выпарных установках. Технологическая схема производства сгущенного молока. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки.

Похожие учебники и литература 2019: Готовые списки литературы по ГОСТ
Производственное оборудование и станки Материаловедение: материалы, применяемые в машиностроении Стандартизация, метрология, сертификация. Учебник

Перейти в список рефератов, курсовых, контрольных и дипломов по
дисциплине Производство и технологии

Читайте также: