48 Основы теории подобия

Теория подобия - учение о подобии явлений. Понятие подобия можно использовать в геометрии и физических явлениях.

В основе теории подобия лежат 3 теоремы.

I теорема - У подобных явлений числа подобия численно одинаковы.

II теорема - Если какое - либо явление описывается системой дифуравнений, то всегда имеется возможность представления их в форме уравнений подобия.

III теорема - Подобны те процессы, условия однозначности кот. подобны, и числа подобия, составленные из величин, входящих в условия однозначности, численно равны.

Т.о., теоремы подобия позволяют дать исчерпывающий ответ на вопросы о том, как надо ставить эксперимент, что нужно измерять во время опыта, как обрабатывать полученные результаты и какие явления будут подобны изучаемому.

Уравнение подобия - уравнение, устанавливающее функциональную связь м/у числами подобия.

Обобщенное уравнение конвективного теплообмена может быть написано в таком виде: Nu = С·Re^m·Prⁿ·Gr^P·(Рг_ж/Рг_ст)^0.25

Значения коэф. С и показателей степени m, n и р опр-ся опытным путем для конкретных случаев конвективного теплообмена. В уравнении сложная зависимость коэффициента теплоотдачи α от большого числа физ величин (ω₀, l₀, 𝝂, р, с_р, t) при стационарном режиме заменяется зависимостью числа Nu только от трех чисел подобия: Re, Pr, Gr.

Существуют частные случаи конвективного теплообмена.

49 частные случаи конвект теплообмена. Теплоотдача при естеств конвекции

Для расчета коэффициента теплоот-

дачи в условиях естественной конвекции

обычно пользуются зависимостью вида

обобщающей обширные эксперименталь-

ные данные.

Для труб и шаров определяющим

линейным размером, входящим в безраз-

мерные числа Nu ж и Gr ж, является диа-

метр d; для вертикальных труб большого

диаметра и пластин — высота Н. Если

значение коэффициента В увеличить на

30 % по сравнению с приведенным, то

формулой можно пользоваться и для

расчета а от горизонтальной плиты, об-

ращенной греющей стороной вверх. Если

греющая сторона обращена вниз, то зна-

чение В следует уменьшить на 30 %.

В обоих случаях определяющим являет-

ся наименьший размер плиты в плане.

Довольно часто приходится рассчи-

тывать теплообмен естествен-

ной конвекцией в узких глухих ка-

налах. Типичный пример — перенос теп-

лоты между оконными стеклами. Сред-

нюю плотность теплового потока q меж-

ду поверхностями, разделенными про-

слойкой газа или жидкости толщиной 6,

можно рассчитывать, как в случае пере-

носа теплоты теплопроводностью через

плоскую стенку:

где tc1 и tс2 — большая и меньшая темпе-

ратуры ограждающих поверхностей;

к, — эквивалентный коэффициент тепло-

проводности, учитывающий и конвектив-

ный перенос теплоты.

При (Gr Рг)<10³ естественную кон-

векцию можно вообще не учитывать,

считая значение

X, становится заметно больше, чем Хж,

и рассчитывается по формуле .

Поправка на конвекцию ек приближенно

определяется зависимостью

Определяющий размер при расчете

числа Gr — толщина прослойки S, а оп-

ределяющая температура -- средняя

между поверхностями:

50 теплоотдача при вынужд течении жид в трубах и каналах произвол формы

Продольное обтекание пластины.

Локальный коэфиициент теплоотдачи

(на расстоянии Х = х/1 от начала пластины

при ламинарном течении теплоносителя

(ЖИДКОСТИ) В ПОГраНиЧНОМ СЛОе можно

рассчитывать ПО формуле

Пределы изменения безразмерных

чисел: 5.

Индекс «ж» означает, что все

теплофизические параметры, входящие

в данное безразмерное число, следует

брать при температуре набегающего по-

тока tж, Ргс — при температуре пластины

tc

При Re*>Re кр режим течения жид-

кости в пограничном слое турбулентный

и расчетная зависимость для локального

коэффициента теплоотдачи имеет вид

Отрицательные степени указывают на умень-

шение коэффициента теплоотдачи по

длине пластины.

Обтекание шара. Средний по повер-

хности коэффициент теплоотдачи от ша-

ра, обтекаемого потоком теплоносителя,

можно рассчитать по формуле

За определяющий размер здесь принят

диаметр шара. Пределы применимости

уравнения

Теплоотдача при течении газа

через плотный слой шаров или

частиц произвольной формы может быть

рассчитана по формулам В. Н. Тимофее-

ва 1940 г.):

В качестве определяющего размера

в формулах

Поперечное обтекание одиночной

трубы и пучка труб. Экспериментальные

данные по теплоотдаче при поперечном

обтекании одиночной круглой трубы

спокойным, нетурбулизиро-

ванным потоком обобщаются формулой

Течение теплоносителя внутри труб.

Обобщение большого числа эксперимен-

тальных данных дает следующую зави-

симость для расчета коэффициента теп-

лоотдачи от стенки трубы к текущему

в ней теплоносителю на участке стабили-

зированного течения

справедливой для наиболее

распространенного турбулентного тече-

ния при 2500,

определяющим размером явля-

ется внутренний диаметр трубы d.

51 теплоотдача при изменении агрегатного состояния

При кипении

52 теплообмен излучением. Общ понятия

54 защита от излучения. Излучение газов

55 виды топлива. Его состав

56 коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха (альфа) - отношение массы воздуха, приходящейся на 1 кг топлива в данной смеси, к массе воздуха в нормальной горючей смеси.

57 теплота сгорания. Высшая низшая

Теплота́ сгора́ния — это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания (дж или кал на 1 кг, м³ или моль).

Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества Q^P, то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества Q^C; к горючей массе вещества Q^Γ, то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую (Q_B) и низшую (Q_H) теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

Низшая и высшая теплота сгорания связаны соотношением: Q_B = Q_H + k(W + 9H),

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

58 сернокислотная низкотемпературная коррозия

Под низкотемпературной коррозией подразумевают разрушение металла поверхностей воздухоподогревателей, находящихся в области наиболее низких температур как газов, так и рабочей среды (воздуха).

Коррозионный процесс происходит под действием различных соединений серы, которая изначально содержится в топливе. При сжигании топлива происходят следующие реакции:

S+O₂®SO₂

SO₂+O₂®SO₃.

Однако при движении дымовых газов по тракту котла начинается еще одна реакция:

 SO₃+H₂O®H₂SO₄.

При дальнейшем охлаждении газов наступает такой момент, когда пары серной кислоты начинают конденсироваться на поверхности нагрева. Соответствующая этому температура носит название «термодинамическая температура точки росы».

Естественно, что достижение этой температуры чревато началом окислительно-восстановительных процессов на металле воздухоподогревателя, что приводит к постепенному его разрушению. Теоретически есть два пути борьбы с этим явлением. Во-первых, известно, что скорость сернокислой коррозии имеет температурный максимум в области ниже термодинамической температуры точки росы, левее которого она уменьшается. Однако этот путь тупиковый – пройдя максимум, скорость коррозии слегка уменьшится, но затем вновь начнет возрастать, в связи с началом сернистокислой коррозии. Также тупиковым является и путь связанный с поддержанием температуры уходящих из котла газов выше термодинамической температуры точки росы, ввиду уменьшения КПД котла. Поэтому осуществляется третий путь – поиск такой температуры, при которой низкотемпературная коррозия не превышает некое допустимое значение. Именно так и выглядит предложенный расчет: пользователь имеет возможность по характеристикам своего топлива найти необходимую температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель и оптимальную для допустимой скорости коррозии температуру уходящих газов.