Студопедия — Основы теории передачи теплоты
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основы теории передачи теплоты






Теплообменные процессы и аппараты

 

Практически все современные процессы химической технологии связаны с передачей теплоты и вещества внутри тела (системы) из одной области в другую. Устройства, в которых протекают химико-технологические процессы, – тепловые и массообменные аппараты – проектируются и конструируются с учетом закономерностей соответствующих процессов. Например, расчет тепловой изоляции трубопроводов и самих химических аппаратов, коэффициента теплопередачи в теплообменниках, стационарных и нестационарных полей температуры и концентрации.

 

Основы теории передачи теплоты

 

Теплота – количество энергии, получаемое или отдаваемое системой при теплообмене (когда работа совершается над отдельными молекулами тела или системы).

Тепловое состояние тела полностью характеризуется его температурным полем – зависимостью температуры от координат и времени: Т = Т(x, y, z, t). Зная температурное поле, то есть функцию Т(x, y, z, t), можно рассчитать температуру в различных точках тела в любой момент времени t. Если температура тела не изменяется с течением времени, то температурное поле является стационарным. Если температура одинакова во всех точках тела, поле называется равномерным или однородным. Если температура изменяется только вдоль одной координатной оси, поле – одномерное.

 
 

Совокупность точек тела, имеющих в данный момент времени одинаковую температуру, образует изотермическую поверхность. На чертеже (рис. 3.1) температурное поле изображается с помощью линий, называемых изотермами, которые образуются сечением изотермических поверхностей плоскостью чертежа. Эти линии проводятся таким образом, чтобы разность температур между двумя соседними изотермами DТ была одинаковой Т2 = Т1+ DТ; Т3 = Т1+2DТ; Т4= Т1+3DТ и т. д.

Рис. 3.1. Изотермы температурного поля

 

Важной характеристикой температурного поля является градиент температуры grad T (его обозначают также с помощью знака «Ñ» (набла)), ÑТ.

Градиент температуры – векторная величина:

 

ÑТ = grad T = (3.1)

 

Вектор gradT в данной точке направлен по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры. Величина градиента показывает, как быстро изменяется температура в этом направлении. Единица измерения градиента в СИ – К/м.

 

Основные понятия теории теплообмена

 

Состояние системы, при котором ее параметры (температура, давление, концентрация компонентов смеси) постоянны по всему объему, является равновесным. При отсутствии внешних воздействий на систему она может находиться в данном равновесном состоянии бесконечно долго. Любое нарушение равновесия при внешнем воздействии приведет к возникновению в системе явлений переноса. Так, подвод или отвод тепла в определенной части объема тела обуславливает перенос тепла из более нагретой его области в менее нагретую, то есть из области с более высокой температурой в область с меньшей температурой. Изменение концентрации компонента в какой-либо части объема жидкой или газообразной смеси (за счет химической реакции, фазовых превращений или других воздействий) приводит к переносу этого вещества в область, где его концентрация меньше. Удаление воды (испарение) с поверхности влажного пористого материала при его сушке вызывает перенос влаги из внутренних слоев тела к поверхности. Таким образом, процессы переноса теплоты и вещества являются неравновесными процессами. Их характерная особенность заключается в том, что значения параметров состояния – температуры, концентрации, влажности – не постоянны: они различны в разных точках пространства, занимаемого системой, и, кроме того, могут изменяться с течением времени. Направление процессов переноса таково, что после вывода системы из состояния равновесия и при отсутствии в дальнейшем внешних воздействий система стремится принять равновесное состояние (происходит выравнивание температур, концентрации и других параметров состояния во всем объеме системы).

Параметры состояния, под действием разности которых происходят явления переноса, называются потенциалами переноса (по аналогии с электрическими явлениями). Так, потенциалом переноса теплоты является температура Т. В системе СИ температура измеряется в Кельвинах (К); для измерения температуры используется также внесистемная единица – градус Цельсия (°С). Разность температур, выраженных в °С, численно равна той же величине, выраженной в К.

Потенциал переноса вещества – концентрация С. Под концентрацией понимается количество вещества, содержащееся в единице объема. Единицами измерения концентрации в СИ являются кг/м3 или кмоль/м3. При переносе влаги в капиллярно-пористом материале ее концентрацию выражают, как правило, отношением массы воды к массе сухого вещества. Эту величину принято называть влагосодержанием W. Влагосодержание – величина в принципе безразмерная, однако, часто размерность применяют в виде кг/кг.

Перенос тепла количественно характеризуется плотностью теплового потока q (или jT). Величина плотности теплового потока представляет собой количество тепла, переносимого за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности. Единица измерения плотности теплового потока в СИ является Вт/м2 = Дж/(с*м2). Поскольку перенос тепла происходит в направлении убывания температуры (от более нагретых точек тела к менее нагретым), вектор q направлен в сторону, противоположную вектору градиента температуры.

 







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 494. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Схема рефлекторной дуги условного слюноотделительного рефлекса При неоднократном сочетании действия предупреждающего сигнала и безусловного пищевого раздражителя формируются...

Уравнение волны. Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение. Уравнение сферической волны Уравнением упругой волны называют функцию , которая определяет смещение любой частицы среды с координатами относительно своего положения равновесия в произвольный момент времени t...

Медицинская документация родильного дома Учетные формы родильного дома № 111/у Индивидуальная карта беременной и родильницы № 113/у Обменная карта родильного дома...

Эффективность управления. Общие понятия о сущности и критериях эффективности. Эффективность управления – это экономическая категория, отражающая вклад управленческой деятельности в конечный результат работы организации...

Мотивационная сфера личности, ее структура. Потребности и мотивы. Потребности и мотивы, их роль в организации деятельности...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия