1. 
   Дисциплина «Тепломассообменное оборудование»
   

4.1 Основные виды тепломассообменного (ТМО) оборудования и их классификацияТМО аппараты – устройства для передачи теплоты от одного тела к другому. Теплоносители – тела, воспринимающие и отдающие тепло.Процессы передачи теплоты в ТМО аппаратах могут сопровождаться изменением темпера­туры теплоносителя или проходить без изменения таковой (испарение, конденсация, плавление, кристаллизация, сублимация и др.). Также в ТМО аппаратах могут происходить более сложные про­цессы: растворение, сушка (дегидратация) и химические реакции.В пром. технике применяется большое разнообразие ТМО аппаратов. Их вид зависит от об­ласти применения и от экономических требований.Классификация ТМО аппаратов:1 ) по назначению: подогреватели, охладители, испарители, конденсаторы, пароперегреватели, генераторы и др.;2) по схеме движения теплоносителя: прямоточные, противоточные, смешанного типа, пере­крестного хода;3 ) по принципу действия:а) рекуперативные – передача тепла идет непрерывно, причем кол-во и направление теплового потока не изменяются;б) регенеративные – процесс теплообмена проходит в несколько этапов, при соприкоснове­нии с горячим теплоносителем регенератор получает тепло и аккумулирует его, далее пропускают холодный теплоноситель, который воспринимает это тепло. Для совершения непрерывного процесса используют 2 и более камер, направление движения теплоносителя постоянно меняется.в) смесительные (контактные) – непрерывное соприкосновение и смешение теплоносителей. В процессе теплообмена может участвовать 2 и более теплоносителей (оросительные камеры, гра­дирни, деаэраторы, скрубберы);4) по роду материала: сталь, чугун, стекло, керамика, графит, свинец;5) по виду теплопередающей поверхности: трубчатые (с прямыми трубами, U-образными, спи­ральными, змеевиками), оребренные (ошипованные), спиральные, пластинчатые;6) по ходу движения теплоносителя: одноходовые, многоходовые;7) по сборке конструкции: секционные, несекционные;

---

8) по компоновке поверхностей нагрева: труба в трубе, кожухные, без ограничивающего ко­жуха (смесительные);9) по режиму работы: непрерывного действия, периодического действия.4.2 Основные виды теплоносителей, применяемых в ТМО оборудованииВ качестве теплоносителей в зависимости от назначения аппарата могут применяться различ­ные жидкие, газообразные и твердые тела.Самый распространенный – водяной пар. Основное достоинство – легко получить и можно транспортировать по трубопроводам на большие расстояния. Интенсивная теплоотдача при конден­сации пара позволяет в несколько раз сократить поверхности теплопередачи. Конденсация пара со­провождается значительным уменьшением его энтальпии, поэтому для передачи большого количества тепла не требуется больших весовых количеств водяного пара. Постоянство температуры конденсации позволяет гибко регулировать и соблюдать режим работы аппарата. Основной недоста­ток: с повышением температуры резко повышается давление. Водяной пар применяют только при умеренных температурах (до 200 ^оС), давление – до 12 атм.Горячая вода также получила широкое распространение. Она может приготовляться не только в котельных, но и в технологических тепловых аппаратах (котлы-утилизаторы, печи). Можно транс­портировать на большие расстояния, при этом падение температуры на 1 км составляет примерно 1 ^оС. Достоинство: высокий коэффициент теплоотдачи. Однако, горячую воду, получаемую в отопи­тельной котельной, используют крайне редко, т.к. колебание температуры в сезоне 70…130 ^оС, а ле­том отопительные системы отключены.Дымовые газы в качестве теплоносителя применяются только в месте их получения для непосредственного обогрева различных тел, и как промежуточный теплоноситель для нагрева воды и воздуха. Могут применяться для нагрева тел, выпарки, термической обработки. Достоинство: высо­кие температуры при небольших давлениях. Недостатки: запыленность, пожароопасность, тяжелые условия работы персонала, нетранспортабельность.Масла и высококипящие жидкости применяют также при атмосферном давлении. Самый распространенный – глицерин (t_плав = 270 ^оС). Их применяют при температурах ниже точки кипения. Основное требование: высокие температуры кипения, низкие температуры затвердевания, высокий коэффициент теплоотдачи, малая коррозионная активность, нетоксичность, пожаробезопасность, де­шевизна.4.3 Теплофизические характеристики теплоносителей (теплоемкость, плотность, вяз­кость, теплопроводность)

---

В качестве теплоносителей применяются самые разнообразные вещества – воздух, газы, вода, масла и др. В зависимости от рода и физических свойств этих веществ теплоотдача протекает различно и своеобразно. Для каждого теплоносителя физические свойства имеют определенные значения и зависят от температуры и/или давления.1) Теплоемкость – количество теплоты, которое необходимо подвести к рабочему телу, чтобы изменить его температуру до заданной. Удельная теплоемкость, кДж/кг·^оС – количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на один градус. При постоянном давлении теплоемкость обозначается с_р (изобарная), при постоянном объеме с_v (изохорная). Теплоемкость определяется только экспериментально: .2) Плотность, кг/м³ – масса вещества в единице объема: . Величина, обратная плотности – удельный вес, м³/кг.3) Вязкость. Все реальные жидкости обладают вязкостью; между частицами и слоями, движущимися с различными скоростями, всегда возникает сила внутреннего трения, противодействующая движению. Согласно закону вязкого трения Ньютона эта сила равна , где μ – коэффициент динамической вязкости, который представляет собой силу трения, приходящуюся на единицу поверхности соприкосновения двух жидких слоев, «скользящих» друг по другу при условии, что на единицу длины нормали п к поверхности скорость движения ω изменяется на единицу.В уравнение теплопередачи часто входит отношение коэффициента вязкости к плотности – коэффициент кинематической вязкости ν = μ/ρ.4) Теплопроводность – способность вещества проводить тепло. Закон теплопроводности Фурье: , где λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К), численно равен количеству теп­лоты, проходящей в единицу времени, через единицу поверхности, при разности температур в один градус, на единицу длины один метр. Коэффициент теплопроводности зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры и определяется экспериментально, при расчетах пользуются справочными данными. Материалы с λ ≤ 0,23 Вт/(м·К) считаются теплоизоляционными.4.4 Способы теплопередачи в теплообменном оборудовании

---

Теплопередача – сложный процесс, который при изучении разделяют на простые явления. Раз­личают три элементарных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое из­лучение.1) Теплопроводность – процесс распространения теплоты путем непосредственного сопри­косновения микрочастиц, имеющих различные температуры, или соприкосновение тел (или их частей), когда тело не перемещается в пространстве. Процесс теплопроводности связан с распределением температур внутри тела. Температура характеризует степень нагрева и тепловое состояние тела. Со­вокупность значений температур в различных точках пространства в различные моменты времени называется температурным полем (стационарным или нестационарным). Изотермическая поверх­ность – геометрическое место точек одинаковой температуры. Любая изотермическая поверхность разделяет тело на две области: с большей и меньшей температурой; теплота переходит через изотер­мическую поверхность в область более низкой температуры. Количество теплоты ΔQ, Дж, проходя­щее в единицу времени Δτ, с, через произвольную изотермическую поверхность, называется тепло­вым потокомQ, Вт.Характеристика теплового потока – плотность теплового потока (удельный тепловой по­ток).Математическое выражение закона теплопроводности Фурье: .Множитель λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К),численно равен количеству теп­лоты, проходящей в единицу времени, через единицу поверхности, при разности температур в один градус, на единицу длины один метр.2) Конвекция – перемещение макроскопических частей среды (газа, жидкости), приводящее к переносу массы и теплоты. На процесс теплоотдачи конвекцией влияют:1. Характер движения жидкости около твердой стенки (свободное или вынужденное – лами­нарное или турбулентное). Режим течения жидкости определяется не только скоростью, но и безразмерным комплексным числом Рейнольдса Re = ωl/υ.2. Физические свойства или род жидкости. На теплоотдачу влияют плотность, теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, кинематическая вязкость жидкости.3. Условия теплового режима (например, изменение агрегатного состояния).4. Температурный напор ΔT – разность температур между твердой стенкой и жидкостью.5. Направление теплового потока Q (теплоотдача от горячей стенки к холодной жидкости больше).

---

6. Геометрические размеры тела, которые влияют на толщину пограничного слоя.7. Направление теплоотдающей поверхности.Процесс конвективного теплообмена описывается законом Ньютона , Вт,где α– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К), численно равный количеству теплоты, передаваемому от жидкости к твердой поверхности в единицу времен, через единицу поверхности при перепаде тем­ператур между стенкой и жидкостью в один градус.3) Все тела непрерывно посылают в окружающее их пространство электромагнитные волны различной длины. Излучение волн всегда трансформируется в тепловую энергию. Для световых и инфракрасных лучей (0,4…800 мкм) это превращение выражено наиболее сильно, и эти лучи назы­ваются тепловыми, а процесс их распространения – тепловым излучением или радиацией. Интенсив­ность теплового излучения резко увеличивается с ростом температуры.Падающий на тело лучистый поток состоит из трех частей: отраженная, поглощенная и про­пущенная. Отражательная способностьR – отношение отраженной энергии к энергии, падающей на тело (полной). Поглощательная способностьА - отношение поглощенной энергии к энергии, падающей на тело (полной). Пропускательная способностьD - отношение энергии, прошедшей через тело, к энергии, падающей на тело (полной). В соответствии с законом сохранения энергии: R + A + D = 1.Суммарная теплопередача лучеиспусканием (закон лучистого теплообмена), Вт, ,где ε_п – приведенная степень черноты системы тел; с_о=5,67 Вт/(м²·К⁴) – коэффициент излучения аб­солютно черного тела; F – площадь теплопередающей поверхности, м².Эти процессы протекают одновременно, влияют друг на друга - сложныйтеплообмен. В реальных условиях конвекция всегда сопровождается теплопроводностью или моле­кулярным переносом теплоты. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводно­стью называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твер­дым телом называют теплоотдачей. Перенос теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку –

---

Смотрите также файлы

• 52 удк 1 Лубенович Э. магистрант фгбоу во Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова.pdf

• Трудовое право Предмет, методы, система трудового права как отрасли права.docx

• Вопросы на экзамен по информатике группа кипиА4.docx

• Воинская обязанность и военная служба граждан рф.rtf

• Педагогический проект 1а класса 2020 2021 учебный год. Классный руководитель Чеснокова С. Б. Направление.docx