32. Виды теплообмена

Существуют три основных вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.  Теплопроводность. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной  Конвекция. При подводе тепла к жидкости или газу  увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается  давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются;  локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря  выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно  поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку) .  Лучистый теплообмен.  отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может  передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами передачи тепла в  том, что он тоже обусловлен разностью температур. Тепловое излучение – это один  из видов электромагнитного излучения.

33. Параметры состояния рабочего тела.

Рабочее тело характеризуют различные параметры состояния – давление, объем, температура, внутренняя энергия, энтальпия,  т.д. В качестве основных параметров состояния принимают: удельный   объём,  абсолютное  давление  и  абсолютную  температуру.

          Удельным  объёмом    называется  объём  единицы  массы  вещества:

                                  

,   м³/кг.

 

Масса  единицы  объёма, т.е. величина обратная удельному объему,  называется  плотностью:

 

  ,  кг/м³.                                        

  

Абсолютным давлением называется давление газа, обусловленное совокупностью ударов беспорядочно движущихся молекул о стенки сосуда, в  котором заключен  газ, и представляет собой нормальную силу F, действующую на единицу площади А поверхности стенки:

                        ,  кг/м² = Па.

 

Барометр – единственный прибор, измеряющий абсолютное давление атмосферы (р_атм).

  Величина,  характеризующая  степень  нагретости  тела, называется  температурой.

Степень  нагретости  тел  связана  со  среднеквадратичной  скоростью  движения  молекул  выражением:

                                     

,

где  m = масса  молекулы,

         k – постоянная  Больцмана,

         Т – абсолютная  температура.

Абсолютная  температура измеряется в кельвинах (К) и  всегда  положительна.  Абсолютный нуль – это температура, при которой  прекращается  тепловое движение  молекул.

34. Расчет теплопередачи при вынужденной конвекции воздуха.

Нахождение среднего коэффициента теплопередачи при свободной конвекции происходит из числа Нуссельта:

Nu=α∙d/λ_ƒ

где: α-коэф. теплопередачи(Вт/(м²∙К)); d-наружный диаметр (мм); λ_ƒ, ʋ, а- физические параметры жидкости.

Вычисление среднего числа Нуссельта:

Nu=C(Gr∙Pr)ⁿ

Где С,n- коэффициенты

Грасгоф : Gr=(gl³/ʋ²)β(t_w-t_ƒ)

Прандтль: Pr=ʋ/а

35. Теплопередача при вынужденной конвекции

Конвективным теплообменом, или теплоотдачей, называют процесс переноса тепловой энергии между поверхностью твердого тела и теплоносителем (средой, в качестве которой обычно выступают жидкости или газы), который сопровождается движением их относительно друг друга.

 Вынужденным называют движение среды, возникающее под действием внешних источников (часто источниками движения являются насосы и вентиляторы). Теплоотдачу в условиях вынужденного движения называют вынужденной конвекцией.

Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя широко используется в различных теплообменных устройствах. В этих условиях интенсивность теплообмена в значительной степени зависит от скорости движения среды.

36.Теплоотдача через ребристую поверхность

Ребристые поверхности теплообмена применяют с целью увеличения теплопередачи через металлические стенки в тех случаях, когда условия теплопередачи по обеим сторонам стенки значительно различаются. При нагревании, например, воздуха паром условия теплоотдачи по обеим сторонам стенки весьма различны: коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке составляет 5 000 - 10 000 ккал / м2 ч град, в то время как от стенки к нагреваемому воздуху или газу он составляет всего 5 - 50 ккал / м2 ч град. Улучшение условий теплопередачи достигается искусственным увеличением тепло-передающей поверхности с помощью ребер, размещаемых с той стороны, где величина коэффициента теплоотдачи мала.

37.Принцип работы турбин.Типы турбин.Процесс расширения пара в турбине

Паровая турбина представляет собой тепловой двигатель ротативного типа с непрерывным рабочим процессом и двукратным преобразованием тепловой энергии пара в механическую работу вращения вала. При истечении пара через специальные насадки (сопла) его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, которая передается па рабочие лопатки и преобразуется в меха­ническую работу вращения вала турбины.

Совокупность неподвижных насадок и рабочих лопаток, в ко­торых происходит двойное преобразование энергии пара, называется ступенью турбины. Ступени турбины и сами турбины мо­гут быть активными или реактивными. Ступени, в которых рас­ширение пара происходит в соплах или в каналах между непод­вижными направляющими лопатками, называются активными. Давление пара перед и за лопатками в этом случае одинаково, поэтому ступени называют ступенями равного давления. Ступени, в которых расширение пара совершается в направляющих кана­лах и между рабочими лопатками, называются реактивными. Дав­ление в реактивной ступени перед рабочими лопатками больше, чем за ними, и поэтому их называют ступенями избыточного дав­ления.

Схема простейшей одноступенчатой активной турбины пока­зана на рис. 1, а. Свежий пар поступает в неподвижную насадку (сопло) 1 ив результате расширения преобразует свою потенци­альную энергию в кинетическую, приобретая большую скорость. Далее пар поступает в каналы рабочих лопаток 2 и в результате поворота струи возникает динамическое давление па лопатки, под действием которого вращается диск 3 и вал 4 турбины.

На рис. 1, б изображена схема действия центробежной силы частиц пара на рабочую лопатку активной ступени. Струя пара поступает на рабочую лопатку полукруглой формы со скоростью С₁. В канале между лопатками пар совершает криволинейное дви­жение и, изменяя направления движения, уходит со скоростью С₂.

Движение струи пара по криволинейному каналу лопаток со­провождается действием центробежных сил частиц пара на эту поверхность. Центробежные силы выделенных частиц пара а, б и в обозначены на рисунке векторами Р. Согласно законам меха­ники их можно разложить на составляющие: Р_а, направленные по оси турбины, и Р_и, направленные по направлению движения лопа­ток. При этом составляющие Р_а вследствие симметричной формы профиля лопаток взаимно уничтожаются, а составляющие Р_и суммируются и совершают работу перемещения лопатки.

В реактивных турбинах расширение пара происходит как пе­ред поступлением пара на рабочие лопатки, так и на самих рабо­чих лопатках, что достигается устройством сужающегося сечения каналов между рабочими лопатками. Изменение давления и ско­рости пара показаны на рис. 2, а.

Из графика видно, что в неподвижном аппарате 1 происходит расширение пара с изменением давления от р₀ до р₁, в каналах рабочих лопаток 2 — дополнительное расширение пара до давле­ния р₂. Это вызывает появление реактивной силы. Таким образом, на реактивную лопатку действуют две силы: центробежная и ре­активная.

На рис. 2, б показаны силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины. Движущая лопатку сила Р равна сумме сил Р_акт и Р_реакт, примерно равных по значению. Разность давлений р₁ и р₂ у входа и выхода из каналов рабочих лопаток создает до­бавочную силу Р_акс, которая действует на лопатку вдоль оси ро­тора и в сумме с равнодействующей силой Р дает результирую­щее усилие Р_рез. Направление результирующей силы не совпадает с направлением движения лопатки, и поэтому у реактивных тур­бин всегда имеется значительное осевое давление на ротор, кото­рое необходимо уравновешивать различными разгрузочными устройствами.

Типы:

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Паровые турбины специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий.

Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.

Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней