Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплофизика. Прогнозирование опасных факторов пожара. Учебно-методическое пособие.pdf
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. ЛыковА.В.Теориятеплопроводности:учеб.пособие/А.В.Лыков.—Москва:Высшаяшко-
ла,1967.—599с.
2.КорнГ.Справочникпоматематикедлянаучныхработниковиинженеров/Г.Корн,Т.Корн.—
Москва:Наука,1974.—832с.
3.ГоревВ.А.Упрощенныйрасчёттеплообменанаплоскихповерхностях/В.А.Горев,М.В.Фо-
мина//Пожаровзрывобезопасность/FireandExplosionSafety.—2016.—Т.25,№3.—С.5–14.
4.КудиновА.А.Тепломассообмен:Учеб.пособ./А.А.Кудинов.—Москва:ИНФРА–М,2012—
375с.—ISBN978-5-16-004729-4.
5.МихеевМ.А.Основытеплопередачи./2-eизд./М.А.Михеев,И.М.Михеева.—Москва:
Энергия,1977.—344c.
6. Солодов А. П. Электронный курс. Гл. 18. Теплообменпри кипении. URL: http://docplayer.
ru/45457268-18-teploobmen-pri-kipenii.html(датаобращения:10.12.2018).
7.АметистовЕ.В.Кипениекриогенныхжидкостей/Е.В.Аметистов,В.В.Клименко,Ю.М.Пав-
лов.—Москва:Энергоатомиздат,1995.—400с.—ISBN5-283-00265-9.
8.ВарнатцЮ.Горение:физическиеихимическиеаспекты,моделирование,эксперименты,образованиезагрязняющихвеществ/Пер.сангл./Ю.Варнатц,У.Маас,ДибблР.—Москва:Физматлит,2003.—352с.—ISBN5-9221-0438-1.
9.ВаргафтикН.Б.Справочникпотеплофизическимсвойствамгазовижидкостей/2-еизд.,доп.
иперераб./Н.Б.Варгафтик.—Москва:Наука,1972.—720с.
10.КутателадзеС.С.Справочникпотеплопередаче/С.С.Кутателадзе,В.Н.Боришанский.—
Москва–Ленинград:Госэнергоиздат,1958.–414с.
11.Вильямс,ФорманА.Теориягорения/Пер.сангл./Ф.А.Вильямс.—Москва:Наука,1971.—
615с.
12. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: учеб. пос. /
Ю.А.Кошмаров.—Москва:АкадемияГПСМВДРоссии,2000.—119с.—ISBN59229-0011-0.
ПРИЛОЖЕНИЕ
dT
dx
R
M
λ
kT
ε
Процессымолекулярногопереноса,т.е.диффузия,теплопроводностьивязкость,имеютвсвоей
основеодноявление:переносмассы,переносэнергииипереносимпульсазасчётдвижениямолекулрассматриваемойсреды.Дляпереносасоответствующегофизическогосвойствасредынеобходимо,чтобыэтосвойствобылонеравномернораспределеновсреде,т.е.существуетградиентвраспределенииэтихсвойств.
Теплопроводность в газах
Согласноэмпирически установленномузаконутеплопроводностиФурье плотность теплового
потокаqпропорциональнаградиентутемпературы:
q
=−λ
Этоозначает,чтотепловойпотокнаправлениз областивысокихтемпературвобластьнизких
температур.
Согласнокинетическойтеорииидеальногогаза,состоящегоизабсолютноупругихсфер,коэффициенттеплопроводности[8]
λ
=
у.с.ф.
гдеМ—молекулярныйвесгаза;
R—8314,4Дж/кмоль∙К;
Т—температура,К;
σ—диаметрмолекулыМ;
Na—числоАвогадро,6,023⋅ 1026кмоль−1;
CV—удельнаяизохорнаямассоваятеплоёмкость,Дж/кг⋅ К; �C
Ср—изобарнаяудельнаятеплоёмкость,Дж/кг⋅ К.
УчётэффектовреальногогазаспомощьюинтеграластолкновенийΩλдаёт
25
56 7
,
Вт/м2.
MRT
2
N
σ
a
C
,
V
= ;
V
у.с.ф.
Ω
.
λ
λ
=
ПриведённыйинтегралстолкновенийзависиттолькоотприведённойтемпературыТ*,которая
определяетсякак
*
T
.=
ТемпературнаязависимостьΩλпоказананарис.П.1.
1
Ω
λ
0,5
*
1 2 10 20 100 200
Рис.П.1.ТемпературнаязависимостьΩλиΩ
52
Т
Таблица П.1
M
MM
+
+⋅
376
476
32 37 828
476
84
,
,
,
,
k
293 293
Ωλ=110,
C
γ1014
3
3
,
Поправочныевеличиныσ*иε/kдляопределениякоэффициентовпереноса
Газ σ∙109,м
H 0,205 145 C2H
O 0,275 80 C3H
H
2
O
2
N
2
H2O 0,26 572 C4H
CO 0,365 98 C6H
CO
2
CH
4
0,292 38 C2H
0,346 107 C2H
0,362 97 nC4H
0,376 244 C6H
0,375 146 C6H
ε/k,K
Газ σ∙109,м
6
8
2
4
10
10
6
12
14
0,432 246 воздух 0,371 78,6
0,498 267 A
0,403 232 Hl 0,255 10,22
0,416 225 H2O
0,469 531 OH 0,314 79,8
0,528 330 NO 0,349 116,7
0,535 412,3 N2O 0,383 232,4
0,618 297 CH3OH 0,363 482
0,595 399,3 C 0,3385 30,6
Пример
ОпределитьλвоздухапритемпературеТ =293К.
ON
22
1.
2.T
3.
*
λ=
=
78 6
ε
25
56 7
,,,, ,,
28 84 8314 293
6 023 10 3 711 101014105
=
,===
373
;
=
28
,
кг/кмоль.
(см.рис.П.1);σ=3,711∙10
,
⋅⋅
26 220
⋅⋅ ⋅⋅
−
3
=
0
,, 029
ε/k,K
вт/м⋅ град.
Газ σ∙109,м
0,354 93,3
–10
2
2
м.
ε/k,K
0,42 389,3
Теплоёмкость
===
V
714
,
Дж/кг∙град.
p
Втабл.П.2данысправочныеданныепонекоторымхарактеристикамдлявоздухавзависимости
оттемпературыприР =1атм.
Таблица П.2.
ХарактеристикивоздухавзависимостиоттемпературыприР =1атм
3
Т,К
100 3,5562 1,032 71,1 2,0 9,34 2,54 0,786
150 2,3364 1,012 103,4 4,426 13,8 5,84 0,758
200 1,7458 1,007 132,5 7,59 18,1 10,3 0,737
250 1,3947 1,006 159,6 11,44 22,3 15,9 0,72
300 1,1614 1,007 184,6 15,89 26,3 22,5 0,707
400 0,8711 1,014 230,1 26,41 33,8 38,3 0,69
450 0,7740 1,021 250,7 32,39 37,3 47,2 0,686
500 0,6964 1,03 270,1 38,79 40,7 56,7 0,684
550 0,6329 1,04 288,4 45,57 43,9 66,7 0,683
600 0,5804 1,051 305,8 52,69 46,9 76,9 0,685
650 0,5356 1,063 322,5 60,21 49,7 87,3 0,69
700 0,4975 1,075 338,8 68,1 52,4 98 0,695
750 0,4643 1,087 354,6 76,37 54,9 109 0,702
800 0,4354 1,099 369,8 84,93 57,3 120 0,709
900 0,3868 1,121 398,1 102,9 62 143 0,72
1000 0,3482 1,141 424,4 121,9 66,7 168 0,726
1100 0,3166 1,159 449 141,8 71,5 195 0,728
ρ,кг/м
Ср,
кДж/кгК
μ∙107,
Па⋅с
υ∙106,м2/с
λ∙103,
вт/мК
ϰ∙105,м2/с
Р
r
53
∑
S
k
ki
1
11
3
2
pV
=+= 20 824,
Окончание табл. П.2
3
Т,К
1200 0,2902 1,175 473 162,9 76,3 224 0,703
1300 0,2679 1,189 496 185,1 82 238 0,719
1400 0,2488 1,207 530 213 91 303 0,703
1500 0,2322 1,23 557 240 100 350 0,685
1600 0,2177 1,248 584 268 106 390 0,688
1700 0,2049 1,267 611 298 113 433 0,685
1800 0,1935 1,286 637 329 120 482 0,683
2000 0,1741 1,337 689 396 137 589 0,672
2200 0,1582 1,417 740 468 160 714 0,655
2400 0,1448 1,558 792 547 196 869 0,630
2500 0,1389 1,665 818 589 222 960 0,613
3000 0,1135 2,726 955 841 486 1570 0,536
ρ,кг/м
Ср,
кДж/кгК
μ∙107,
Па⋅с
υ∙106,м2/с
Видно,что коэффициенттеплопроводности зависит от температурыза счёт множителя Т
λ∙103,
вт/мК
ϰ∙105,м2/с
Р
r
1/2
и
принимаетсявзависимостиСVоттемпературы.Коэффициенттеплопроводностинезависитотдавления.
Длясмесигазов коэффициенттеплопроводностиможновычислить покоэффициентамтеплопроводностиλiимольнымдолямxiиндивидуальныхкомпонентовiсточностью10–20%,используя
эмпирическийзакон
−
1
1
λλ
=∑ +∑
2
x
ii
x
i
.
λ
i
Еслитребуетсяболеевысокаяточность(5−10%),необходимоиспользоватьболеесложныеформулы.
Например,
λλ=
∑
+⋅
=
i
1
i
x
≠
065, Φ
,
k
гдеФikзависятоткоэффициентоввязкостиμiимолекулярныхвесовMiкомпонентов,
2
i
.
k
Φ
ik
11
22
1
=+
−
12 12 14///
M
M
i
k
µ
+
µ
i
k
M
M
Теплопроводностьтвёрдыхматериаловижидкостейследуетбратьизсправочнойлитературы[1,2].
Теплоёмкость газов
Теплоёмкостьгазовзависитотстроениямолекулиоттемпературы.Позаконуораспределении
постепенямсвободымолярнаятеплоёмкостьодноатомныхгазов
CR
==
V
12 51, Дж/мольK=2,98кал/мольK.
Посколькудляодноатомныхгазовсуществуюттолькопоступательныестепенисвободы,которыевсегдареализуются,тотеплоёмкостьихнезависитоттемпературы.
ПозаконуМайера
МассовыеудельныетеплоёмкостиопределяютсяделениемCpнамолекулярныйвес:
Дж/мольK=4,967кал/мольK.
54
C
C
⋅⋅
,;
CT
2
λ
()
2
2
M
µ
Дж
p
=
p
M
град.
кДж
кг град.
ккал
кг град.
.
Газы,состоящиеиз2иболеемолекул,имеютвращательныеиколебательныестепенисвободы,
которыевозбуждаютсяпомеревозрастаниятемпературы.Этазависимостьвыражаетсясоотношением
CabT CT
=+ +
p
2
или
CabT
=+ +
p
.
/
1
ТаблицаП.3даётсведенияизависимостиСр(Т)дляразличныхгазов.
Таблица П.3
ЗначениеСр дляразличныхгазов
С
,
Вещество
СН
4(г)
С2Н
2
С2Н
4
С2Н
6
С3Н
8
С4Н
10
С7Н
16(ж)
С7Н
16(г)
С8Н
18(ж)
С8Н
18(г)
Н
2
N
2
O
2
СO 29,14 28,41 4,1 — −0,46 298−2500
СO
2
Н2O
(ж)
Н2O
(г)
Н2O
2(г)
р(298)
Дж/(мольK)
35,71 14,32 74,66 −17,43 — 298−1500
43,93 26,44 66,65 −26,48 — 298−1000
43,56 11,32 122,01 −37,90 — 298−1500
52,64 5,75 175,11 −57,85 — 298−1500
73,51 1,72 270,75 −94,48 — 298−1500
97,45 18,23 303,56 −92,65 — 298−1500
138,91 — — — — —
165,98 10 587 −215,56 — 298−1000
254,14 — — — — —
188,87 11,84 666,51 −244,93 — 298−1000
28,83 27,98 3,26 — 0,5 298−3000
29,12 27,88 4,27 — — 298−2500
29,37 31,46 3,39 — −3,77 298−3000
37,11 44,14 9,04 — −8,54 298−2500
75,3 39,02 76,64 — 11,96 298−380
33,61 30 10,71 — 0,33 258−2500
42,39 52,3 11,88 — −11,88 298−1500
а b ∙10
3
C ∙10
6
C1∙10
–5
Дисперсия
Вязкость газов
Вязкостьгазовопределяется,какитеплопроводность,наоснованиикинетическойтеориииде-
альныхгазов:имеетсясвязьмеждукоэффициентомвязкостиμикоэффициентомтеплопроводности
λ
=
5
CR
=
−
p
−
5
CRM
p
Здесьμ,П⋅ с,—коэффициентдинамическойвязкости;Ср—удельнаяизобарнаятеплоёмкость,
[Дж/кгK];R=8314,4Дж/кмольK;М—молекулярныйвес,кг/моль.
Кромединамическойвязкости,используетсякоэффициенткинематическойвязкостиν,м2/с,равный
=
ν
,
ρ
3
.
Пример.Определитькоэффициентыкинематическойидинамическойвязкостивоздухапри293К.
Ср =1006Дж/кгK,λ=0,0263Вт/мK,М=28,84кг/кмоль.
55
.
/
⋅
()
−
040 0263
,,
,H
4
95
γ
p
=+ + =+⋅⋅⋅⋅=−
−−23366
14 32 74 66 10 10 17 46 10 10 71 52,, ,, /Дж мооль
CV=−=71 52 8316321,, ,; /
C
V
1315
µ=
−
1006 8314 42884
,/ ,
14710
=⋅ ⋅
5
c
.
Вязкостькапельныхжидкостей(табл.П.4иП.5)определяется,восновном,экспериментально,и
еёзначенияприводятсявсправочниках[9−10].
Таблица П.4
Вязкостьводывинтервалетемператур5–100°С
T,°С
5 1,5193 55 0,5044
10 1,3073 60 0,467
15 1,1383 65 0,4339
20 1,002 70 0,4046
25 0,8902 75 0,3785
30 0,7973 80 0,3551
35 0,7191 85 0,3341
40 0,6527 90 0,3150
45 0,5961 95 0,2978
50 0,5471 100 0,2821
Μ⋅103,Па⋅с
T,°С
μ⋅103,Па⋅с
Таблица П.5
Динамическаявязкостьжидкостейвинтервалетемператур0–60°С,μ∙103,П∙с
Вещество
Ацетон 0,397 0,361 0,325 0,310 0,296 0,271 0,249 0,228
Бензол 0,910 0,755 0,652 0,600 0,559 0,503 0,436 0,389
Гексан 0,381 0,343 0,307 0,294 0,29 0,253 0,248 0,222
Гептан — — 0,414 0,39 0,373 0,338 0,308 0,281
Глицерин
Метанол 0,817 0,69 0,597 0,547 0,510 0,450 0,396 0,350
Октан 0,714 0,622 0,546 0,514 0,486 0,435 0,392 0,356
Сероуглерод 0,433 0,396 0,365 0,352 0,341 0,319 0,297 —
Толуол 0,77 0,667 0,584 0,552 0,517 0,489 0,425 0,387
Циклогексан — — 0,970 0,898 0,822 0,708 0,640 0,538
Этанол 1,773 1,466 1,200 1,096 1,003 0,834 0,702 0,592
0 10 20 25 30 40 50 60
12,1⋅1033,95⋅10
3
1,49⋅10
3
Температура,°С
0,95⋅10
3
0,63⋅10
3
330 180 102
ПриопределениичислаНусельтаNuнеобходимознаниечислаПрандтля Длягазовэточислонесильноотличаетсяотединицыислабозависитоттемпературы.Дляжидкостейчис-
лоPrзаметнобольшеединицы,иопределятьегоможноповыражениям ,учитываязави-
симостькоэффициентовпереносаоттемпературы.ДлягазовчислоПрандтляможнооценить,если
известнозначениетеплоёмкости(табл.П.6)позависимости[11] Pr =
Пример.ОпределитьчислоPrдляметанапритемпературеT =1000К.
Теплоёмкость
p
γ= =
C
56
Дж моль К
1
,
.
γ
−
К;
;
⋅
=
411315
,
0 873
Pr =
⋅−
911315 5
,
,
.
Теплопроводность,теплоёмкостьиплотностьтвёрдыхтел
Таблица П.6
Вещество Плотность,кг/м
Бетон(сухой) 1600 0,84 835
Асфальт 2120 0,7 670
Железобетон 2200 1,55 835
Глина 1800 0,6 830
Сосна–
Сосна| 0,14
Кирпич 1800 0,77 880
Стекло 2500 0,96 0,16
Сталь(мягкая) 7800 53 460
546
3
Теплопроводность,Вт/мК Теплоёмкость,Дж/кгК
0,42
2700