Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Конвекция

Коэффициентом теплопроводности показывает, какое количество теплоты переносится за счет теплопроводности за одну секунду при разности температур один градус на расстоянии в единицу длины нормали к изотерме поверхности.

Теплообменные процессы

Лекция 6. Теплообменные и массообменные процессы

План лекции:

1. Теплопроводность, конвекция, радиация или тепловое излучение.

2. Теплоносители и их свойства.

3. Кипение, конденсация, выпаривание.

4. Основы массопередачи, массоотдачи и массопроводности.

5. Процессы абсорбции, адсорбции, сушки, экстракции.

 

При очистке сточных вод (в особенности при тепловом загрязнении) и отходящих газов существенное место занимает тепловая обработка, в результате которой изменяется состояние водной или воздушной среды, загрязняющие вещества могут окисляться или переходить в более стабильное и менее опасное для окружающей среды состояние. Кроме этого ускоряются химические и биохимические процессы, происходящие при очистке воздуха, вод и почвы. К тепловым процессам относятся: тепловая обработка, разогрев или охлаждение среды, сушка, сорбция и десорбция газов жидкостями (сатурация), растворение твердых веществ и кристаллизация, выпаривание и конденсация.

Известно три способа переноса теплоты: за счет теплопроводности, конвекции и радиации.

Теплопроводностью называется перенос теплоты внутри твердого тела, неподвижной жидкости или газа. Количество переносимой теплоты при этом способе описывается законом теплопроводности Фурье: количество теплоты dQ, переносимое посредством теплопроводности через элемент поверхности dF, перпендикулярный к тепловому потоку, за время dτ прямо пропорционально температурному градиенту ðt/ðn, площади поверхности dF и времени dτ:

dQ = - λ ( ðt/ðn)dFdτ, (12)

Тепловой поток по закону Фурье

q= dQ/ dFdτ = - λ ( ðt/ðn) (13)

Знак минус в уравнениях (12) и (13) показывает, что теплота переносится в сторону убывания температуры. Коэффициент λ в уравнении Фурье называется коэффициентом теплопроводности, имеющий размерность [Дж/м.К.с].

Теплопроводность зависит от физической природы тела, его структуры, температуры и давления. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, наименьшей – газы.

Если написать уравнение теплопроводности по трем направлениям x, y, z для элементарного параллелепипеда с ребрами dx, dy, dz и сложить переносимые количества теплоты, то получим следующее выражение:

dQ= λ(ð2t/ðx2 + ð2t/ðy2 + ð2t/ðz2) dx dy dz dτ (14)

Эта теплота изменила энтальпию параллелепипеда на следующую величину:

dQ= Cp dx dy dz (ðt/ðτ) dτ (15)

где Ср – удельная теплоемкость при постоянном давлении.

Приравняв правые части уравнений (14) и (15), получим дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье (второй закон Фурье):

ðt/ðτ= λ/Ср (ð2t/ðx2 + ð2t/ðy2 + ð2t/ðz2) (16)

Множитель λ/Ср называется коэффициентом температуропроводности, обозначается буквой α и характеризует тепловую инерцию тела. Размерность этого коэффициента [м2/с]. Она совпадает с размерностью кинематической вязкости, но никак не связана с его физическим смыслом.

Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье можно переписать в следующем виде:

ðt/ðτ = α Ñ2t, (17)

где (ð2t/ðx2 + ð2t/ðy2 + ð2t/ðz2) = α Ñ2t – оператор Лапласа.

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости (газе) от поверхности твердого тела или к его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. Как уже говорилось в неподвижной жидкости или газе теплота переносится за счет теплопроводности. В движущейся жидкости появляется еще один механизм переноса теплоты за счет перемешивания. Нагретые частицы жидкости, попадая в окружение холодных частиц, отдают им свою теплоту. Скорость переноса теплоты при этом тем выше, чем интенсивнее перемешивание, т.е. чем выше степень турбулизации потока теплоносителя. Следовательно, конвекционный теплообмен включает в себя оба механизма переноса теплоты, а их вклад зависит от гидродинамических характеристик движения жидкости.

Теория гидравлического трения предполагает, что в пристеночной области формируется ламинарный слой, толщина которого определяет характер взаимодействия основного потока со стенкой. Этот слой будет влиять и на характер теплоотдачи от стенки жидкости и наоборот. В ядре потока, где жидкость движется в турбулентном режиме, преобладает перенос теплоты за счет перемешивания. В ламинарном пристеночном слое перемешивание отсутствует, поэтому теплота через этот слой переносится за счет теплопроводности, а интенсивность этого процесса определяется толщиной ламинарного слоя. Последняя, зависит от физических свойств жидкости, входящих в критерий Прандтля:

Pr = μρC/ λ, (18)

где μ – вязкость жидкости, ρ – плотность ее, С – удельная теплоемкость, λ – удельная теплопроводность жидкости.

Критерий Прандтля имеет и другое написание:

Pr = v/ α, (19)

где v – кинематическая вязкость жидкости, α – коэффициент температуропроводности.

Толщина гидравлического ламинарного слоя, определяющего гидравлическое трение, совпадает с толщиной слоя, определяющего теплоотдачу только в случае, если Pr = 1. Обычно для жидкости он больше единицы, а для газов меньше или равен единице.

Количество теплоты, отдаваемое стенкой жидкости, рассчитывают по закону теплоотдачи Ньютона: количество теплоты dQ, отдаваемое за время dτ поверхностью стенки dF, имеющей температуру tст, жидкости температурой tж, прямо пропорционально dF и разности температур tст - tж:

dQ= a dF (tст - tж), (20)

где а – коэффициент теплоотдачи, который показывает, какое количество теплоты передается 1 м2 поверхности стенки жидкости (или от жидкости к стенке) в течение 1 с при разности температур между стенкой и жидкостью 1о. Он имеет размерность [Дж/м2.К.с].

Коэффициент теплоотдачи зависит от факторов, определяющих процесс переноса в пристеночном слое. Это физические свойства жидкости – теплопроводность, удельная теплоемкость, коэффициент объемного расширения, а также геометрические характеристики стенки.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Принципы оптимизации технологических процессов | Теплоносители и их свойства
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 550; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.017 сек.