Решение

Используем аналогию с процессами теплообмена.

Выписываем теплофизические свойства влажного воздуха при

= 18 ^ºС, принимаем их как для сухого воздуха, что допустимо при низких температурах воздуха:

Вт/(м К); м²/с; 1 000 Дж/(кг К);= 0,71.

Число Рейнольдса

.

В этом случае режим омывания поверхности водоема является турбулентным. Теплообмен описывается уравнением [3 ] , в котором определяющий температурой принимают температуру воздуха, а определяющим размером – размер в направлении движения воздуха

.

Вт/(м² К).

Коэффициент испарения по формуле (4.11)

кг/(м² с).

где = 1 кДж/(кг К).

Выписываем из приложения В:

– при = 18^ºС = 18,11 кДж/кг;кДж/кг;

– при = 25^ºС = 25,15 кДж/кг;кДж/кг.

Находим энтальпию влажного воздуха по формуле (4.17)

кДж/кг;

кДж/кг.

Тепловой поток по уравнению (4.9)

Вт.

4.9. По условию задачи 4.8 определить массовый расход испарившейся воды, используя аналогию с процессами теплообмена.

4.10. Ванна с открытой горизонтальной поверхностью размерами 1,2х2,5 м содержит нагретую воду. Температура поверхности испарения = 40^ºС, температура воздуха в помещении 25^ºС, его относительная влажность = 70%.

Определить тепловой поток с открытой поверхности в условиях свободной конвекции воздуха на основании уравнений (4.3) и (4.9).

При расчете использовать аналогию с процессами теплообмена. Коэффициент теплоотдачи находят при > 10⁹ по уравнению

,

в котором определяющая температура – температура воздуха, а определяющий размер – длина короткой стороны поверхности испарения [5].

4.11. Определить коэффициент влаговыпадения при охлаждении воздуха температурой 32 ^ºС и относительной влажностью 80%. Состояние охлажденного воздуха характеризуется энтальпией 67 кДж/кг.

Решение

Определяем параметры воздуха перед охлаждением.

При 32^ºС находим по приложению В:

= 4 753,6 Па; = 31,043 г/кг;= 32,2 кДж/кг и= 111,69 кДж/кг.

По уравнениям (4.15), (4.16) и (4.17)

Па = 3,8 кПа;

г/кг;

кДж/кг;

кДж/(кг К).

При кДж/кг определяем по приложению В температуру насыщенного влажного воздуха= 22,5^ºС.

Принимаем ^ºС.

Коэффициент влаговыпадения по формуле (4.13)

.

4.12. Воздух температурой 10 ^ºС и относительной влажностью 80% охлаждается в теплоутилизаторе. Энтальпия воздуха на выходе =15,6 кДж/кг.

Определить коэффициент теплоотдачи в условиях конденсации водяных паров, если при «сухом» теплообмене = 42 кДж/(кг К).

4.13. Воздухом температурой 18 ^ºС и энтальпией 43 кДж/кг охлаждается до состояния при энтальпии 28,3 кДж/кг.

Определить коэффициент влаговыпадения и изменение влагосодержания воздуха.

4.14. Воздух температурой 22 ^ºС и относительной влажностью 70% охлаждается до состояния при энтальпии 39,5 кДж/кг.

Определить коэффициент теплоотдачи, если в условиях «сухого» теплообмена = 50 Вт/(м² К).

5 Теплообмен в зерновом слое

Теплообмен в зерновом слое определяет тепловые процессы в технологических аппаратах при термической обработке различных материалов. При этом рассматривают теплообмен на поверхности частиц (зерен).

Теплообмен в плотном неподвижном слое описывается следующими уравнениями:

– при = 201 700

; (5.1)

– при = 2001 700

; (5.2)

– при > 1 700

. (5.3)

Определяющей температурой является средняя температура среды, определяющим размером – эквивалентный диаметр частиц.

Скорость среды определяют из расчета на все поперечное сечение, свободное от частиц.

В случае использования газов расчетные зависимости упрощаются:

; (5.1а)

; (5.2а)

. (5.3а)

Переход неподвижного слоя в псевдоожиженный («кипящий») слой происходит при вполне определенной скорости среды, называемой скоростью начала псевдоожижения.

При этом критической скорости гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление слоя становится равным весу слоя, приходящемуся на единицу площади поперечного сечения, и частицы переходят во взвешенное состояние, теряя контакты (соприкосновения) друг с другом.

Скорость начала псевдоожижения находят по общей формуле [6]:

, (5.4)

где – критическое значение числа Рейнольдса, определяющее скорость начала псевдоожижения.

Оптимальную скорость потока среды через слой принимают в 1,5 раза больше скорости начала псевдоожижения.

В ряде случаев она может быть определена по частным зависимостям. В случае псевдоожиженного слоя плодов и ягод при псевдоожижении воздухом

, (5.5)

где – масса одного плода или одной ягоды, г.

Для расчета теплообмена между частицами и газовым потоком в псевдоожиженном слое допускается использовать:

– при зависимость

; (5.6)

– при уравнение (5.2а);

– при > 1 700 уравнение (5.3а).

Пояснения к выбору определяющих параметров и скорости среды даны выше.

Задачи

5.1. Слой яблок охлаждается потоком воздуха, температура которого изменяется в слое от 2 до 10 ^ºС. Скорость фильтрации, отнесенная ко всему сечению аппарата, равна 0,6 м/с. Средний размер яблок 42 мм.

Вычислить коэффициент теплоотдачи на поверхности яблок.

5.2. В технологии приготовления бетона предусмотрено предварительное охлаждение гравия водой в неподвижном слое. Средний размер гравия 27 мм, средняя температура охлаждающей воды 10 ^ºС. Скорость воды на входе в слой 0,02 м/с.

Определить коэффициент теплоотдачи на поверхности частиц.

5.3. Черника охлаждается воздухом в неподвижном слое. Скорость воздуха 1,2 м/с. Эквивалентный диаметр ягод 12 мм, средняя температура воздуха 2 ^ºС.

Найти коэффициент теплоотдачи на поверхности ягод.

5.4. Охлаждение вишни размером плодов 25 мм от 20 до 0 ^ºС предусмотрено в плотном слое, медленно движущемся на транспортере от места загрузки до места выгрузки. Воздух, проходя слой вишни в направлении снизу – вверх, нагревается от минус 2 до 3 ^ºС. Скорость воздуха при входе в слой 0,8 м/с.

Рассчитать коэффициент теплоотдачи.

5.5. В условиях задачи 5.4 найти минимально необходимую массу вишни в аппарате, приняв производительность аппарата по охлаждаемой вишне равной 500 кг/ч.