- •Предисловие
- •Введение
- •1Атмосфера
- •3. Организация санитарной защиты воздушного бассейна
- •3.1. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе
- •3.2. Предельно допустимые выбросы вредных веществ в атмосферный воздух
- •3.3. Требования при проектировании предприятий
- •3.4. Санитарная защита воздушного бассейна на предприятиях
- •3.5. Обоснование допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу
- •3.5.1. Факторы, влияющие на рассеивание вредных веществ в атмосферном воздухе и загрязнение приземного слоя воздуха
- •3.5.2. Обоснование допустимых выбросов при рассеивании вредных веществ через высокие источники
- •4. Процессы пылегазоочистных установок и аппараты для пылегазоулавливания
- •4.1. Общие положения
- •Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- •Интенсивность процессов и аппаратов
- •Моделирование и оптимизация процессов и аппаратов
- •4.2. Пылеулавливание
- •4.2.1. Параметры процесса пылеулавливания
- •4.2.2 Сухие пылеуловители
- •Принцип работы циклона
- •Основные характеристики цилиндрических циклонов
- •Расчёт циклонов
- •4.2.3. Мокрые пылеуловители
- •Принцип работы скруббера Вентури
- •Принцип работы форсуночного скруббера
- •Скрубберы центробежного типа
- •Принцип работы
- •Принцип действия барботажно-пенных пылеуловителей
- •4.2.4 Электрофильтры
- •Принцип работы двухзонного электрофильтра
- •4.2.5 Фильтры
- •Принцип работы рукавных фильтров
- •Туманоуловители
- •5. Очистка от промышленных газовых выбросов
- •5.1 Общие сведения о массопередаче
- •Равновесие в системе газ - жидкость
- •Фазовое равновесие. Линия равновесия
- •Материальный баланс. Рабочая линия
- •Направление массопередачи
- •Кинетика процесса абсорбции
- •Конвективный перенос
- •Дифференциальное уравнение массообмена в движущейся среде
- •Уравнение массоотдачи
- •Подобие процессов массоотдачи
- •Уравнение массопередачи
- •Зависимость между коэффициентом массопередачи и массоотдачи
- •5.2 Устройство абсорбционных аппаратов
- •5.3 Адсорбционная очистка газов
- •5.3.1Общие сведения
- •Равновесие и скорость адсорбции
- •5.3.2 Промышленные адсорбенты
- •Адсорбционная емкость адсорбентов
- •Пористая структура адсорбентов
- •Конструкция и расчёт адсорбционных установок
- •Расчет адсорбционных установок
- •5.4 Каталитическая очистка
- •5.4.1Общие сведения
- •Конструкции контактных аппаратов
- •Аппараты с взвешенным (кипящим) слоем катализатора
- •6. Тепловые процессы Общие положения
- •6.1 Температурное поле. Температурный градиент. Теплопроводность
- •Закон Фурье
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Теплопроводность плоской стенки
- •Теплопроводность цилиндрической стенки
- •6.2 Тепловое излучение
- •Баланс теплового излучения
- •Закон Стефана – Больцмана
- •Закон Кирхгофа
- •Взаимное излучение двух твердых тел
- •Лучеиспускание газов
- •6.3 Передача тепла конвекцией
- •Тепловое подобие
- •Численные значения коэффициента теплоотдачи
- •Сложная теплоотдача
- •6.4 Теплопередача Теплопередача при постоянных температурах теплоносителя
- •Теплопередача при переменных температурах теплоносителя
- •Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке Теплоносителей
- •4.5. Нагревание, охлаждение и конденсация Общие сведения
- •6.4.1 Нагревающие агенты и способы нагревания Нагревание водяным паром
- •Нагревание горячей водой
- •Нагревание топочными газами
- •Нагревание перегретой водой
- •Нагревание электрической дугой
- •6.4.2 Охлаждающие агенты, способы охлаждения и конденсации Охлаждение до обыкновенных температур
- •Охлаждение до низких температур
- •Конденсация паров
- •6.4.3 Конструкции теплообменных аппаратов
- •Расчет концентрации двуокиси серы
- •Пример расчета насадочного абсорбера
- •Пример расчёта теплообменника
- •Пример расчета электрофильтра
- •Методика расчета адсорбера
- •В ориентировочном расчете используется формула
- •4.2.8 Находим время защитного действия адсорбера
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Макаров Володимир Володимирович
6.1 Температурное поле. Температурный градиент. Теплопроводность
Совокупность значений температур в данный момент времени для всех точек рассматриваемой среды называется температурным полем.
Геометрическое место точек в пространстве с одинаковыми температурами представляет собой изотермическую поверхность. В наиболее общем случае температура в данной точке t зависит от координат точки ( х, у, z ) и изменяется во времени , т.е. температурное поле выражается функцией вида:
t = f ( х, у, z, ).
В частном случае для стационарного теплового процесса t = f ( х, у, z ). Изотермические поверхности никогда не пересекаются. Пусть разность температур между двумя изотермическими поверхностями составляет ∆t
(рисунок 4.1), Кратчайшим расстоянием между этими поверхностями является расстояние по нормали ∆n.
Рисунок 4. 1 - К определению температурного градиента в законе Фурье
Тогда
(4.1)
Производная температуры по нормали к изотермической поверхности, называется температурным градиентом. Этот градиент является вектором, направление которого соответствует температуре поверхности.
Поток тепла возникает при условии grad(t)≠0. Количество теплоты пропорционально температурному градиенту, т.е.
q~ (4.2)
Закон Фурье
Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье, согласно которому количество тепла, передаваемое посредством
теплопроводности через элемент поверхности dF , равно
[Дж] (4.3)
или через единицу поверхности в единицу времени
(4.4)
где q - плотность теплового потока, [Дж/м2 -с];
λ - коэффициент теплопроводности, равный
Примерные значения теплопроводности:
капельная жидкость: 0,1...0,7 [Вт/м град];
газы: 0,006...0,165 [Вт/м град];
теплоизоляционные материалы: 0,03...0,1 [Вт/м град];
воздух: 0,023 [Вт/м град];
чистая медь: 394...400 [Вт/м град];
сталь 50...60 [Вт/м град].
Если λ высокие, то по закону Фурье можно передать больше тепловой энергии.
Дифференциальное уравнение теплопроводности
Выделим в однородном и изотропном теле параллелепипед с объемом dV с ребрами dx,dy,dz (рисунок 4.2).
Физические свойства тела: теплоемкость(с), плотность (р), теплопроводность (λ одинаковы во всех точках).
Температура на левой грани равна t, на правой грани с учетом изменения (с учетом градиента)
Количество тепла, входящее в параллелепипед через его грани за промежуток времени dτ, в соответствии с законм Фурье равно:
по оси х через грань dydz
по оси у через грань dxdz
по оси z через грань dxdy
Рисунок 4.2 - К выводу дифференциального уравнения теплопроводности
Количество тепла, выходящее из параллелепипеда через противоположные грани за тот же промежуток времени, определяется следующим образом:
по оси х:
по оси у:
по оси z:
Учитывая, что часть теплоты расходуется на повышение температуры в объеме параллелепипеда, ее можно выразить через разность:
по оси х:
по оси у
по оси z
Просуммируем количество теплоты во всем объеме за промежуток времени dτ. Тогда получим:
По закону сохранения энергии количество теплоты, необходимое для уменьшения энтальпии равно:
где - представляет собой изменение температуры параллелепипеда
за промежуток времени dτ. Приравняем полученные выражения и, разделив переменные, получим:
Обозначим тогда
(4.5)
Коэффициент а в уравнении (4.5) носит название температуро-проводности и характеризует инерционные свойства тела. Коэффициент а
имеет размерность
При установившемся процессе , тогда а2t = 0,
но а ≠ 0, следовательно
(4.6)
Уравнение (4.6) является дифференциальным уравнением теплопроводности в неподвижной среде при установившемся тепловом режиме.