3 Процеси змішування двох потоків.

В камеру змішування надходить перший потік у кількості т₁ (кг або кг/с) з параметрами t₁ і ₁, другий – масою т₂ з параметрами t₂ і ₂. Необхідно визначити параметри повітря після змі-шування двох потоків, тобто І_сум, d_сум, _сум, t_сум. Ця задача може бути вирішенна двома способами:

а) графічним; б) комбінованим (графічно – математичним).

Перший спосіб

По вихідних даних будують точки 1 і 2 як точки перетину лінії t = const і = const (рису-нок 13). З’єднують ці точки лінією. Відрізок 1 - 2 – це графічне зображення процесу змішування двох потоків. Положення точки 3 (яка характеризує параметри повітря після змішування двох по-токів) знаходять наступним чином. Відрізок 1 - 2 ділять на т_сум= т₁+т₂ рівних частин (відрізків). Від точки1 відкладають кількість відрізків, яка пропорційна т₂, а від точки 2 – кількість відрізків, пропорційну т₁. Для точки 3 по діаграмі визначають – І_сум, d_сум, _сум, t_сум.

Другий спосіб

Після побудови на І,d – діаграмі відрізку 1 - 2 для точок 1 і 2 ви-

значають І₁,d₁ та І₂,d₂. Потім записують рівняння балансу теплоти (62)

і рівняння балансу вологи

(63)

де - коефіцієнт рециркуляції (змішування).

Після визначення по формулах І_сум і d_сум на відрізку 1-2 по цих зна-

ченнях будують точку 3. Для неї по діаграмі визначають t_сум і _сум.

Рисунок 13 - Зображення на Іd-

діаграмі процесу змішування

40) Теплообмін – це наука про самочинні незворотні процеси перенесення теплоти в просторі. Під процесом перенесення теплоти розуміють обмін внутрішньою енергі-єю між окремими елементами і ділянками розгляданого середовища.

Згідно з другим законом термодинаміки самочинний процес перенесення теп-лоти в просторі виникає під дією різниці температур і скерований в напрямку змен-шення температури. Закономірності перенесення теплоти і кількісні характеристики цього процесу є предметом дослідження теорії тепломасообміну (теплоперенесен-ня). Теплота може поширюватись в будь - яких речовинах і навіть через вакуум. Пе-ренесення теплоти здійснюється 3 основними способами:

1) теплопровідністю; 2) конвекцією (або тепловіддачею); 3) тепловим випроміню-ванням (або радіацією).

Теплопровідність – це процес перенесення теплоти (енергії) мікрочастинками в тілах (або між ними), зумовлений змінністю температури в розгляданому просторі.

У всіх речовинах теплота поширюється теплопровідністю. Молекули, атоми, елект-рони та інші мікрочастинки, які містяться в речовині, рухаються зі швидкостями, пропорційними їх температурі, і переносять енергію із зони з вищою температурою в зону з нижчою температурою. Теплопровідність в чистому вигляді частіше зустрі-чається в твердих тілах.

Конвекція теплоти – це процес перенесення теплоти під час переміщення макроскопічних об’ємів рідини або газу (текучого середовища) в просторі з зони з однією температурою в зону з іншою. При цьому перенесення теплоти конвекцією нерозривно пов’язане з перенесенням самого середовища (рідини або газу). Конвек-ція можлива лише в текучому середовищі. Конвекція теплоти завжди супроводжу-ється теплопровідністю. Спільний процес перенесення теплоти конвекцією і тепло-провідністю називається конвективним теплообміном. Конвекцією можна перено-сити теплоту на великі відстані. Наприклад, від ТЕЦ (теплоелектроцентралі) теплота переноситься завдяки трубам рухомою гарячою водою на десятки кілометрів для опалення житлових будинків і промислових споруд. Рухоме середовище (в даному випадку – гаряча вода), яке використовується для перенесення теплоти на відстань, називається теплоносієм. У практиці часто зустрічається конвективний теплообмін між потоками рідини або газу і поверхнею твердого тіла. Цей процес отримав назву конвективна тепловіддача, або просто тепловіддача (теплота віддається рідиною або газом поверхні або навпаки).

Теплове випромінювання – це процес перенесення теплоти електромагніт-ними хвилями, зумовлений тільки температурою і оптичними властивостями випро-мінювального тіла. При цьому внутрішня енергія тіла (середовища) перетворюється в енергію випромінювання. Процес перетворення внутрішньої енергії речовини в енергію випромінювання, перенесення випромінювання і його поглинання речови-ною називається теплообмін випромінюванням. Завдяки випромінюванню теплота переноситься у всіх променево - прозорих середовищах, зокрема у вакуумі, наприк-лад, в космосі, де це єдино можливий спосіб перенесення теплоти між тілами.

У природі і техніці елементарні процеси перенесення теплоти – теплопровід-ність, конвекція і теплове випромінювання – часто відбуваються разом. Процеси теплопровідності і конвективного теплообміну може супроводжувати теплообмін випромінюванням. Теплообмін, зумовлений спільним перенесенням теплоти випро-мінюванням і теплопровідністю, називають радіаційно – кондуктивним. Якщо перенесення теплоти здійснюється додатково і конвекцією, то такий процес назива-ють радіаційно – конвективним теплообміном. Іноді радіаційно – кондуктивне і радіаційне – конвективне перенесення теплоти називають складним теплообміном.

У техніці і побуті відбуваються процеси теплообміну між різними рідинами, розділеними твердою стінкою. Процес перенесення теплоти від гарячої рідини (газу)

до холодної через розділяючу їх стінку називається теплопередачею. Теплопереда-ча здійснюється різними процесами теплоперенесення. Так, наприклад, парогенеру-вальні труби котельного агрегату отримують теплоту від продуктів згоряння палива внаслідок радіаційно - конвективного теплообміну. Через шар зовнішнього забруд-нення, металеву стінку і шар накипу теплота переноситься теплопровідністю. Від внутрішньої поверхні труби до оживаючої її рідини теплота переноситься конвек-тивним теплообміном (тепловіддачею).

Процеси теплообміну можуть відбуватися в різних середовищах і різних сумі-шах, під час зміни і без зміни агрегатного стану робочих середовищ тощо. Залежно від цього теплообмін відбувається по різному і описується різними рівняннями.

Перенесення теплоти теплопровідністю залежить від розподілення температури в об’ємі тіла. Одним з основних понять є температурне поле. Температурним полем називається сукупність значень температури у всіх точках тіла в даний момент часу. Загалом температура є функцією трьох просторових координат і часу. Тому матема-тичне описання температурного поля матиме вигляд:

(103)

Часто температурне поле змінюється тільки по одній або двох просторових координатах, відповідно температурне поле буде одномірним ( ) або двомір-ним ( ). Крім цього, розрізняють стаціонарне (усталене або стале) темпе-ратурне поле, коли температура у всіх точках тіла не змінюється з часом , і нестаціонарне (неусталене або нестале), коли . Температурне поле може та-кож бути однорідним і неоднорідним. Однорідне температурне поле – це поле однакових температур, коли всі точки тіла характеризуються одним і тим же значен-ням температури. Для здійснення перенесення теплоти теплопровідністю необхідне неоднорідне температурне поле, коли в різних точках тіла температура різна.

При переході від точки до точки в тілі температура змінюється не стрибком, а більш – менш плавно. Завжди можна знайти декілька точок з однаковою температу-рою. З’єднавши всі такі точки, отримують поверхню однакової температури, котра носить назву ізотермічної поверхні. Кожній ізотермічній поверхні відповідає своє значення температури. Можна побудувати в тілі багато ізотермічних поверхонь, та-ка картина дасть наочну уяву про температурне поле в тілі. Ізотерми ніколи не пере-тинаються, бо в цьому випадку точка перетину буде мати дві різні температури, що

фізично неможливо. Уздовж ізотерми температура не змінюється, значить, і пере-нос теплоти в цьому напрямі не відбувається. Найбільш сильно температура зміню-ється в напрямку, нормальному (тобто перпендикулярно до дотичної) до даної ізо-термічної поверхні. Така інтенсивність зміни характеризується спеціальною величи-ною, яка носить назву градієнта температури ( ) – це вектор, направлений по нормалі до ізотермічної поверхні в бік зростання температури . Він є межею відношення зміни температури ( ) між двома сусідніми ізотермічними поверхнями до відстані ( ) по нормалі, якщо :