5. Визначення розмірів апаратів

Розміри апаратів залежать від необхідної поверхні контакту фаз, яка визначається із рівняння теплопередачі або масопередачі:

або

Кількість тепла або маси, що передається в апараті із одної фази в іншу (продуктивність апарату) визначається із теплового і матеріального балансів.

Рушійна сила процесу Δt або ΔС визначаються на основі вихідних даних. Коефіцієнти швидкості процесів переносу тепла і маси визначаються експериментальним шляхом.

По відомій поверхні контакту фаз визначають робочий об'єм апарата

де f – питома поверхня контакту фаз, м²/м³.

Значення f залежить від конструкції апарату.

Величина площі поперечило перерізу апарату визначається за рівнянням:

де V_сек – об'ємна витрата рідини або газу, що рухається суцільним

потоком, м³/с;

W – швидкість руху рідини або газу, м/с.

Тоді висота (довжина) апарату становить

Основи теорії подібності процесів

1. Методи вивчення процесів

Існує два різних підходи до вивчення процесів – теоретичний і експериментальний.

Теоретичний метод заснований на аналізі механізмів і закономірностей протікання процесів і виведенні рівнянь рівноваги, матеріального і теплового балансів, швидкості (математичного опису). Вирішуючи систему рівнянь, одержують значення необхідних величин.

В більшості випадків математичний опис процесу являє собою систему дифрівнянь, при інтегруванні яких з'являються невизначені константи, тобто система дифрівнянь має множину рішень. Для виділення із цієї множини єдиного рішення, що задовольняє конкретним умовам протікання процесу, система дифрівнянь повинна бути доповнена умовами однозначності.

Умови однозначності містять в собі:

- форму і розміри системи (ℓ₁; ℓ₂; ℓ₃; d₁; d₂ і т.д.);

- фізичні властивості речовин, що задіяні у процесі;

- межові умови, тобто величину визначуваного параметру на межі системи з навколишнім середовищем протягом всього процесу;

- початкові умови, тобто величину визначуваного параметру в початковий момент в будвяній точці системи.

Теоретичний метод вивчення процесів має ряд переваг:

- висока точність і достовірність отриманих результатів, оскільки вони основані на законах фізики, хімії, гідравліки і інших дисциплін;

- незначні витраті часу и праці на вивчення процесів.

Однак теоретичний метод не завжди можливий.

Для складних процесів математичний опис не може бути одержаний, або одержана система рівнянь дуже складня і не може бути вирішення математичними методами. В таких випадках для вивчення процесів застосовується експериментальний метод, який заключається в замірі необхідних параметрів при проведенні процесів в промислових апаратах (натурний об'єкт) або в лабораторних моделях і знаходженні залежностей між цими параметрами (емпіричних рівнянь).

Наприклад, визначають коефіцієнт теплопередачі в теплообмінному апараті при різних швидкостях руху гарячої и холодної рідин і знаходять залежністьK=C W^m_гор Wⁿ_хол. Ця емпірична залежність буде справедливою тільки для даного теплообмінника з даними рідинами. Для інших теплообмінників і рідин необхідно проводити нові дослідження і знаходити нові залежності.

Для знаходження універсальних (узагальнених) залежностей необхідно проводити експерименті і обробляти результати по визначеним правилам, що вивчаються в теорії подібності

Теорія подібності – вчення про правила проведення експериментів і наукового узагальнення результатів.

Вона дозволяє при мінімальному числі дослідів одержати узагальнені залежності, справедливі для всіх подібних систем. Крім того, становиться можливим взамін дорогих експериментів в промислових апаратах проводити дослідження на моделях невеликого розміру з іншими речовинами і при інших умовах.

Метод дослідження процесів на моделях називається моделюванням. Існує моделювання фізичне и математичне.

Фізичне моделювання заключається в проведені експериментів на матеріальних моделях, в яких протікають також по фізичній природі процеси, як і в натурних об'єктах.

Математичне моделювання заключається в дослідженні з допомогою ЕОМ системи математичних рівнянь, що описують процес.