Критерии теплового подобия, их физический смысл. Какой критерий является определяемым и какая величина рассчитывается из этого критерия?
Критерий Фурье Fо – соотношение между конвективным пеерносом теплоты и теплопроводностью. Критерий Фурье является аналогом критерия гомохромности Но и характеризует условия подобия неустановившихся процессов теплоотдачи:
,
где α – коэффициент теплоотдачи; τ – время; l – определяющий размер.
Критерий Пекле Ре характеризует соотношение между интенсивностью переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в движущем потоке:
,
где ω – скорость потока жидкости относительно поверхности теплообмена; l – характерный линейный размер поверхности теплообмена; α – коэффициент теплоотдачи; с – теплоемкость при постоянном давлении; ρ – плотность жидкости; λ – коэффициент теплопроводности. Критерий Пекле часто представляют в виде произведения двух безразмерных комплексов:
Ре=Rе∙Рr
Критерий Нуссельта Nu характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью (т.е. теплоотдачей) к теплоте, передаваемой теплопроводностью (l – определяющий размер):
Поскольку коэффициент α в Nu в условия однозначности не входит, этот критерий является определяемым и может быть выражен через другие критерии:
Nu=f(Рr, Ре, Fr)
Или, когда явлением силы тяжести можно пренебречь (например при движении жидкостей по трубам) критерий Фруда может быть исключен:
Nu=f(Рr, Rе) или Nu=А∙Rеm∙Рrn
Критерий Архимеда Аr характеризует влияние на силу тяжести плотности потока при естественной конвекции
,
где g – ускорение свободного падения, l – определяющий размер; ν – кинематический коэффициент вязкости; ρ – плотность.
Критерий Галилея Gа характеризует влияние сил тяжести и инерции при естественной конвекции
Критерий Грасгофа Gr показывает отношение сил вязкости к произведению подъемной силы, определяемой разностью плотностей в различных точках неизотермического потока и силы инерции. Критерий Грасгофа является аналогом критерия Фруда и определяющим критерием теплового подобия при естественной конвекции.
Критерий Прандтля Рr – мера постоянства соотношений физических свойств жидкостей (газов) в подобных потоках; мера подобия профилей скоростей и концентраций в процессах массоотдачи:
Перечислить и дать краткую характеристику способов нагревания и охлаждения. Перечислить основные виды теплообменной аппаратуры.
Наиболее простым способом передачи тепла является нагревание «острым» паром, т.е. паром, который вводят непосредственно в нагреваемую жидкость.
Нагревание насыщенным паром широко применяется в химической технологии.
При таком нагревании можно точно регулировать температуру нагрева путем изменения давления пара; вследствие хорошей теплоотдачи от насыщенного пара аппараты могут иметь значительно меньшие поверхности нагрева, чем при нагревании, например, дымовыми газами.
Нагревание горячей водой применяют реже, чем водяным паром, что объясняется тем, что для нагрева необходимы пар или дымовые газы, причем вода должна иметь более высокую начальную температуру, чем пар, т.к. она охлаждается в процессе нагревания, а пар отдает скрытую теплоту конденсации при постоянной температуре.
Нагревание специальными теплоносителями. Для получения температур выше 180°С наиболее рационально использовать пары высококипящих жидкостей, обладающих низкой упругостью, и пары термически стойких жидкостей, отличающихся высокой теплоемкостью. Применяют органические теплоносители – дифенил и дифениловый эфир и др., а также ртуть, смеси солей, расплавленные металлы. Эти вещества предварительно нагревают или испаряют при помощи дымовых газов или электрического тока, после чего нагретые вещества отдают тепло нагреваемому материалу через стенки аппарата.
Теплообменники:
- аппараты с рубашками.
- змеевиковые обменники
- двухтрубные теплообменники
- кожухотрубные теплообменники
- спиральные теплообменники
- теплообменники с двойными трубами
- теплообменники с ребристой поверхностью
Нагревание электрическим током производят в электрических печах. В зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую различают электрические печи сопротивления, дуговые и индукционные
Охлаждение и конденсация
охлаждение до обыкновенных температур
- охлаждение естественным путем вследствие отдачи тепла в окружающую среду.
- охлаждение путем самоиспарения
- охлаждение путем непосредственного введения льда и воды;
- охлаждение в поверхностных холодильниках;
2) конденсация паров
- в поверхностных конденсаторах
- в конденсаторах смешения