2. Нагревание электрическим током. Тепловой баланс нагревателя.

Нагревание – тепловой процесс повышения температуры перерабатываемых веществ за счет подвода к ним тепла. При нагревании электрическим током можно легко и очень точно регулировать процесс при равномерном обогреве.

По способу превращения электрической энергии в тепловую различают электрические печи сопротивления, индукционные и дуговые. Электрические печи делятся на печи прямого действия и печи косвенного действия.

1) печи электрического сопротивления

В печах прямого действия нагреваемое тело включается непосредственно в электрическую цепь и нагревается при прохождении через него электрического тока.

Печи косвенного действия получили большое распространение. В них тепло выделяется при прохождении электрического тока по специальным нагревательным элементам; выделяющееся тепло передается материалу лучеиспусканием, теплопроводностью и конвекцией.

2) индукционный нагрев – за счет электромагнитных волн атомы начинают вибрировать → тело нагревается равномерно, можно нагревать неэлектропроводящие материалы.

3) Дуговые печи. В дуговых печах применяется нагревание электрической дугой. Электрическая дуга возникает в газообразной среде. В дуговых печах при возникающих больших температурных перепадах невозможны равномерный обогрев и точное регулирование температуры. Дуговые печи применяют для плавки металлов, получения карбида кальция и фосфора.

Тепловой баланс:

где Q_Э — количество тепла, выделяющегося в нагревательном электрическом устройстве при прохождении электрического тока, кДж/ч; G — количество перерабатываемого в обогреваемом аппарате продукта, кг/ч; с — теплоем­кость перерабатываемого продукта, кДж/(кг°С); t_Н и t_K — соответственно-начальная и конечная температура перерабатываемого продукта, °С; Q_П — потери тепла в окружающую среду, кДж/ч.

Мощность (в кВт) нагревательного электрического устройства W=[Gc(t_K - t_Н)+ Q_П]/3600.

Билет №22.

1) Основные положения и практическое значение теории подобия.

1. Теорема. Подобными могут считаться процессы, параметры одного из которых можно получить из параметров второго, умножая их на определенный коэффициент, называемый коэффициентом (критерием) подобия.

2. Теорема Кирпичева-Гухмана. Подобными называются процессы, описываемые одними и теми же дифференциальными уравнениями (системами диф. уравнений), а их условия однозначности подобны.

Подобие и условие однозначности включают:

а) геометрическое подобие систем,

б) временное подобие,

в) подобие физических величин, характеризующих процесс,

г) подобие граничных и начальных условий.

Геометрическое подобие.

Соблюдается тогда, когда отношение всех свойственных размеров двух сравниваемых систем одинаковы.

Временное подобие.

Соблюдается тогда, когда отношение между сходственными интервалами времени сохраняет постоянное значение. Сходственные интервалы – это интервалы, в течении которых завершается аналогичная стадия рассматриваемых процессов.

Временное подобие процессов называется гомохронностью. Если , то процессы – синхронные.

Точно также подобие физических величин соблюдается тогда, когда отношение значений физических величин для подобных процессов в сходственные моменты времени является величиной постоянной.

Подобие граничных условий означает, что соотношение всех величин на границе является постоянным.

Таким образом, для соблюдения подобия необходимо и достаточно найти и выбрать условие, при которых умножение переменных на постоянный множитель не меняло бы уравнение.

; , ; ; , , , ; ,

Этот пример показывает, что выбор множителей преобразования для величин в подобном процессе не может быть произвольным.

Критерии подобия. Это сочетание величин с различными размерностями, которые создают безразмерный комплекс.

f=(m*dw)/dτ. Для тго, чтобы из диф. уравнения получить критерий подобия, необходимо сделать: 1) привести диф. ур-я к безразмерному виду: (f*dτ)/(mdw)=1. 2) отбрасываются знаки диф-я: (f*τ)/(m*w)=Ne – критерий Ньютона

Среди критериев сущ. определяемые и определяющие. Определяемые - содержит хотя бы одну неизвестную величину, получаемую в рез-те реш. задачи.

Определяющие - состоят полностью из известных (заданных) величин, содержащихся в усл. однозначности.

Подобные процессы – процессы, критерии подобия которых равны.

Преимущество теории подобия: 1. позволяет выделить основные параметры, влияющие на процесс; 2. теория подобия позволяет минимизировать кол-во экспериментов при изучении процесса, 3. теория подобия позволяет перенести результаты эксперимента на промышленный объект.