
- •Гидродинамика
- •Вопросы с выводом уравнений
- •Вывод уравнения неразрывности. Какой вид имеет это уравнение при стационарном течении несжимаемой среды?
- •Вывод уравнения неразрывности для неустановившегося потока жидкости.
- •Вывод уравнения Навье-Стокса для одномерного движения. Каков физический смысл слагаемых?
- •Подобное преобразование уравнений Навье-Стокса. Физический смысл критериев подобия.
- •Проведите подобное преобразование уравнений Навье-Стокса для установившегося течения с получением обобщенных переменных (критериев гидродинамического подобия).
- •Преобразование уравнений Навье-Стокса для покоящейся жидкости. (Уравнения Эйлера, основное уравнение гидростатики, закон Паскаля).
- •Вывод дифференциальных уравнений Эйлера для течения идеальной жидкости. Чем отличается идеальная жидкость от реальной?
- •Вывод дифференциальных уравнений Эйлера равновесия жидкости.
- •Выведите основное уравнение гидростатики. Назовите практические приложения этого уравнения.
- •Вывод уравнения для распределения скорости по радиусу трубы при стационарном ламинарном течении.
- •Вывод уравнения неразрывности. Получите из уравнения неразрывности уравнение постоянства расхода для канала (трубопровода) с переменным поперечным сечением.
- •Вывод уравнения для расчета коэффициента гидравлического трения при ламинарном движении жидкости в трубе круглого поперечного сечения.
- •Вывод уравнения Бернулли для идеальной жидкости. Приведите примеры практического использования этого уравнения.
- •Вывод уравнения Бернулли для идеальной жидкости. Опишите особенности движения реальной жидкости. Приведите вид уравнения Бернулли для реальной жидкости. Каков его энергетический смысл?
- •Вывод уравнения, представляющего энергетический баланс движения идеальной жидкости. Каков физический смысл слагаемых этого уравнения?
- •Напор насоса, его энергетический смысл. Вывод формулы для расчета напора проектируемого к установке насоса.
- •Напор насоса, его энергетический смысл. Вывод формулы для расчёта напора насоса через показания манометра и вакуумметра.
- •Вывод формулы для расчета высоты всасывания насоса. От каких факторов зависит допустимая высота всасывания насосов? Ответ обоснуйте анализом формулы для расчета высоты всасывания.
- •Вопросы без вывода
- •Закон внутреннего трения Ньютона, приведите его вид с необходимыми пояснениями. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости.
- •Что такое гидравлический радиус и эквивалентный диаметр? Расчет эквивалентного диаметра в канале с некруглым поперечным сечением. Приведите примеры.
- •Расчет диаметра трубопровода, выбор расчетных скоростей потока и примерные численные их значения для капельных жидкостей, газов, паров.
- •Определение гидравлического сопротивления в трубопроводах и аппаратах. Как определяются потери напора на трение при турбулентном движении?
- •Изобразите графически и сопоставьте зависимости между производительностью и напором центробежного и поршневого насоса.
- •Характеристика центробежного насоса и характеристика сети. Покажите, как определяется напор и мощность насоса при работе его на данную сеть.
- •Как влияет температура перекачиваемой жидкости на предельную высоту всасывания насосов? Ответ обоснуйте анализом формулы для расчёта высоты всасывания.
- •Рабочие характеристики центробежного и поршневого насосов, сопоставьте эти насосы по производительности, напору и кпд.
- •Конструкции аппаратов
- •Какие вы знаете насосы объемного типа? Изобразите схему устройства и опишите действие одного из них.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие поршневого насоса, сопоставив его с насосами других типов.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие плунжерного насоса, сопоставив его с насосами других типов.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие плунжерного насоса двойного действия, сопоставив его с плунжерным насосом простого действия.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие мембранного (диафрагмового) поршневого насоса, назвав области его применения.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие поршневого насоса двойного действия, сопоставив его с поршневым насосом простого действия.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие монтежю, сопоставив его с насосами других типов и назвав области применения.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие центробежного насоса, сопоставив его с насосами других типов.
- •Сопоставьте достоинства и недостатки центробежных и поршневых насосов, назвав основные области их применения.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие одноступенчатого центробежного насоса, сопоставив его с многоступенчатым центробежным насосом.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие центробежного и осевого (пропеллерного) насосов; сопоставьте их и назовите преимущественные области применения.
- •Изобразите схему устройства и опишите действие осевого (пропеллерного) насоса, сопоставив его с насосами других типов.
- •Теплообмен
- •Вопросы с выводом
- •Потенциал переноса энергии и массы. Вывод уравнения переноса.
- •Молекулярный перенос:
- •Конвективный перенос:
- •Вывод дифференциального уравнения конвективного теплообмена Фурье-Кирхгофа.
- •Вывод дифференциального уравнения конвективного теплообмена, описывающего распределение температур в движущейся жидкости для нестационарного процесса.
- •Перенос тепла конвекцией. Уравнение теплоотдачи. Подобное преобразование дифференциального уравнения конвективного теплообмена Фурье-Кирхгофа. Критерии Фурье, Нуссельта, Пекле, Прандтля.
- •Вывод дифференциального уравнения теплопроводности для установившегося процесса (из уравнения Фурье-Кирхгофа).
- •Вывод дифференциального уравнения теплопроводности для неустановившегося процесса (из уравнения Фурье-Кирхгофа). Каковы единицы измерения теплопроводности и физический смысл коэффициента?
- •Вывод уравнения аддитивности термических сопротивлений при теплопередаче для плоской стенки.
- •Вывод уравнения для расчета средней движущей силы процесса теплопередачи при переменных температурах теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при противотоке теплоносителей.
- •Вывод уравнения для расчета движущей силы теплопередачи при переменных температурах теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.
- •Вопросы без вывода
- •Механизмы переноса энергии в форме теплоты в жидкостях и газах. Феноменологический закон переноса энергии Фурье.
- •Каковы достоинства и недостатки использования топочных газов в качестве теплоносителей для подвода тепла?
- •Температурное поле и температурный градиент.
- •Порядок расчёта площади поверхности теплопередачи теплообменников. Приведите соответствующие пояснения и обозначения, входящих в формулы величин.
- •Опишите молекулярный механизм переноса энергии. Приведите уравнение для удельного потока теплоты.
- •Определение толщины слоя тепловой изоляции.
- •Взаимное направление движения теплоносителей. Сравнение прямотока с противотоком.
- •Физический смысл тепловых критериев Нуссельта и Прандтля. Назовите примерные численные значения критерия Прандтля для газов и капельных жидкостей.
- •Как определяется количество теплоты, передаваемой лучеиспусканием при взаимном излучении двух тел?
- •Уравнения тепловых балансов при изменении и без изменения фазового состояния систем.
- •Напишите уравнения теплопередачи и теплоотдачи. Что является движущими силами этих процессов? Каковы единицы измерения и физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи?
- •Определение потерь тепла стенками аппаратов в окружающую среду.
- •Графически изобразите зависимости коэффициента теплоотдачи при кипении от разности температур между стенкой и кипящей жидкостью и от удельной тепловой нагрузки. Опишите основные режимы кипения.
- •Как осуществляется отвод конденсата при использовании водяного пара в качестве теплоносителя? Каково назначение и принципы действия конденсатоотводчиков?
- •Назовите и сопоставьте друг с другом основные теплоносители, используемые в химической промышленности для отвода теплоты.
- •Назовите и сопоставьте друг с другом основные теплоносители, используемые в химической промышленности для подвода теплоты.
- •Применение высокотемпературных промежуточных теплоносителей. Назовите области и способы их применения. Приведите примеры таких теплоносителей.
- •Взаимное излучение тел. Как определяется коэффициент взаимного излучения?
- •Влияние взаимного направления движения теплоносителей на среднюю движущую силу процесса. В каких случаях средняя движущая сила не зависит от взаимного направления потоков?
- •Определение температуры стенок теплообменных аппаратов. Для каких целей требуется знать температуры стенок в ходе расчета теплообменных аппаратов?
- •Теплоотдача при конденсации (описание процесса). Что такое пленочная и капельная конденсация? От каких параметров зависит коэффициент теплоотдачи при конденсации.
- •Теплоотдача при кипении (описание процесса). Общий вид уравнений для определения коэффициента теплоотдачи при кипении.
- •Конструкции апааратов
- •Приведите схемы обогрева аппаратов «острым» и «глухим» паром.
- •Объясните принцип действия конденсатоотводчика. Приведите схему устройства.
- •Изобразите схему устройства кожухотрубного теплообменника. Укажите достоинства и недостатки этого аппарата.
- •Изобразите многоходовой кожухотрубный теплообменник по межтрубному пространству
- •Изобразите любую конструкцию многоходового кожухотрубного теплообменника. Чем отличаются одноходовые теплообменники от многоходовых?
- •Какие Вы знаете конструкции теплообменников с компенсацией температурных удлинений труб и кожуха. Изобразите любую конструкцию по вашему выбору.
- •Изобразите схему устройства кожухотрубного и двухтрубного («труба в трубе») теплообменников. Сопоставьте достоинства и недостатки этих аппаратов и назовите области их применения.
- •Изобразите схему устройства и опишите принцип действия теплообменника "труба в трубе". Сопоставьте эти теплообменники с кожухотрубными.
- •Изобразите схему устройства и опишите принцип действия пластинчатого теплообменника для жидкостей. Сопоставьте достоинства и недостатки этого аппарата с кожухотрубным теплообменником.
- •Изобразите схему устройства спирального теплообменника. Укажите достоинства и недостатки этого аппарата.
- •Изобразите схему устройства и опишите принцип действия оросительных холодильников. Укажите их достоинства и недостатки.
- •Изобразите схему устройства и опишите принцип действия погружных (змеевиковых) теплообменников. Укажите их достоинства и недостатки, области применения.
- •Приведите схему устройства любого известного вам смесительного теплообменника.
- •Изобразите известные вам схемы устройства градирен. Для чего они используются?
Вывод уравнения для расчета средней движущей силы процесса теплопередачи при переменных температурах теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при противотоке теплоносителей.
Рассмотрим
теплообмен через плоскую стенку, где с
одной стороны стенки горячий теплоноситель
с расходом
и теплоемкостью
,
а с другой стороны стенки- холодный
теплоноситель с расходом
и теплоемкостью
.
Рисунок 11.1 – К выводу уравнения движущей силы теплопередачи
Примем допущения:
Процесс теплообмена стационарный;
Теплоемкости теплоносителей и постоянны;
Коэффициент теплопередачи не изменяется вдоль всей поверхности теплообмена;
Теплоносители движутся в поршневом режиме, т.е. их движение описывается моделью идеального вытеснения;
Потери теплоты отсутствуют.
На графике изображен
профиль температур горячего 1 и холодного
2 теплоносителей вдоль поверхности
теплообмена;
- элементарная поверхность теплообмена
.
Запишем уравнение теплового баланса для элементарной поверхности ;
Получим
Выразим
из основного уравнения теплопередачи,
считая, что перенос теплоты на элементарном
участке
происходит при постоянных температурах
теплоносителей.
Проинтегрируем:
Получим:
Запишем уравнение теплового баланса для всего теплообменника:
отсюда получим:
– большая и меньшая,
если сравнивать численно, разность
температур на концах теплообменника.
Тогда средняя движущая сила:
Если
,
то с достаточной для инженерных расчетов
точностью
можно определить как
Вывод уравнения для расчета движущей силы теплопередачи при переменных температурах теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.
Рассмотрим теплообмен через плоскую стенку, где с одной стороны стенки горячий теплоноситель с расходом и теплоемкостью , а с другой стороны стенки- холодный теплоноситель с расходом и теплоемкостью .
Примем допущения.
Процесс теплообмена стационарный;
Теплоемкости теплоносителей и постоянны;
Коэффициент теплопередачи не изменяется вдоль всей поверхности теплообмена;
Теплоносители движутся в поршневом режиме, т.е. их движение описывается моделью идеального вытеснения;
Потери теплоты отсутствуют.
На изображен профиль температур горячего 1 и холодного 2 теплоносителей вдоль поверхности теплообмена; - элементарная поверхность 3 4 теплообмена .
Запишем уравнение теплового баланса для элементарной поверхности ;
Получим
Выразим из основного уравнения теплопередачи, считая, что перенос теплоты на элементарном участке происходит при постоянных температурах теплоносителей.
Проинтегрируем:
Получим:
Запишем уравнение теплового баланса для всего теплообменника:
отсюда получим:
- большая и меньшая, если сравнивать численно, разность температур на концах теплообменника.
тогда:
Если
,
то с достаточной для инженерных расчетов
точностью
можно определить как
Вопросы без вывода
Механизмы переноса энергии в форме теплоты в жидкостях и газах. Феноменологический закон переноса энергии Фурье.
Перенос теплоты осуществляется тремя способами (механизмами):
Теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов). В чистом виде теплопроводность наблюдается только в неподвижных средах - твердых телах.
Перенос теплоты конвекцией. Такой способ возможен только в подвижных средах, т.е. в жидкостях и газах. Теплота переносится макрообъемами среды при их перемещении под действием каких-либо сил. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.
Перенос теплоты излучением. В этом случае энергия переносится в виде электромагнитных волн через оптически прозрачную среду. При этом внутренняя энергия переходит в лучистую, которая впоследствии поглощается другими телами. В чистом виде такой механизм наблюдается в вакууме. Пример – Солнце и планеты.
Таблица 1.1 – Механизмы переноса в различных средах
Механизм переноса
Среда |
Теплопроводность |
Конвекция |
Излучение |
Твердые тела |
|
|
|
Жидкости |
|
|
|
Газы |
|
|
|
При описании процессов теплообмена, происходящих в промышленном оборудовании, различают два понятия:
Теплоотдача – перенос теплоты в пределах одной фазы от границы раздела или от стенки к жидкому (газообразному) теплоносителю (или наоборот).
Теплопередача – перенос теплоты от горячего теплоносителя к холодному через границу раздела или через разделяющую теплоносители теплопередающую твердую стенку.
Температурный градиент – вектор, направленный в сторону максимального возрастания температуры, являющийся производной по нормали к изотермической поверхности.
где – единичный вектор, «нормальный» к поверхности.
Фурье экспериментально установил, что при переносе теплоты теплопроводностью удельный тепловой поток пропорционален градиенту температур, т.е.:
где
– коэффициент теплопроводности
.
Знак
указывает, что теплота переносится в
сторону уменьшения температуры.
Полученное уравнение называется феноменологическим законом теплопроводности Фурье.