Процессы сушки горной массы и виды воды в горной массе.

Сушка углей применяется на обогатительных фабриках тепловых электростанциях и на углебрикетных, с позиции сушки горной массы содержащуюся в ней воду делят на:

1. Химически связанная вода, входящая в узлы кристаллической решетки минерала.

2. Внутренняя влага, физически связанная вода содержащаяся в микропорах.

3. Поверхностная влага, физически связанная вода на поверхности …………….кусков.

4. Гравитационная влага – стекаемая под действием сил гравитации.

Энергия связи воды с поверхностью горной массы зависит от природы связи, и различают на:

1. Химические связи

2. Физико-химические связи

3. Физико-механические связи

1. Химически связанная вода, которая входит в кристаллическую решетку минералов при естественной сушке не удаляется. Ее можно удалить в результате химической реакции или при нагреве до 150 – 200 С.

2. Физико-химической связью с горной массой удерживается адсорбированная и осмотическая влага, т.е. влага которая удерживается молекулярными силами.

3. Физико-механической связью с горной массой удерживается капиллярная масса воды Количественной мерой склонности к смачиванию является краевой угол смачивания от ) до 180⁰. Если угол меньше 90⁰, то порода гидрофильная, если больше, то гидрофобная. Вода удерживаемая в горной массе силами физико-механической связи в целом называется адгезированной.

Условия протекания процессов сушки.

2 периода:

1. Период влажность горной массы от времени изменяется по линейному закону, этот период продолжается до тех пока влажность горной массы не станет критической, после этого начинается 2 период сушки.

Режимы сушки делятся на: жесткие и мягкие:

1. При мягких температура и скорость движения теплоносителя низкие, а его влажность высокая.

2. При жестких скорость и температура высокие, а влажность низкая.

Процесс сушки горной массы.

При любых режимах происходит до тех пор пока относительная влажность в окружающей среде не станет равной относительной влажности воздуха, над поверхностью горной массы, в этом случае влажность горной массы достигнет равновесного значения, а температура станет равной температуре теплоносителя.

Лекция №

Теплообмен.

Критерий подобий в термодинамике.

Инженерным инструментом для переходов, от параметров, замеренных на панелях к реальным параметрам термодинамических процессов, является теория подобия базирующаяся на:

1. Наличие геометрического подобия двух процессов.

2. Знание физических свойств теплоносителя и теплоприемника.

3. Подобие начальных и граничных условий в этих процессах

Для перехода от модели к реальному процессу надо параметры панели умножить на множитель перехода:

Процесс на модели и реальный процесс будут подобны, когда комбинация множителей перехода равна 1:

=1, возьмем уравнение теплопроводности:

Комплекс идентичных величин называется критериями подобия, если они включают параметр времени, то называется критерием ГОМОХРОМНОСТИ ФУРЬЕ:

Для описания тепловых процессов в твердом теле (пластине) толщиной h:

Для шара или цилиндра:

Из граничных условий 3-его рода получаем критерий БИО:

Преимуществом использования критериев является то, что при решении задач можно использовать любую систему измерений.

Физический смысл критериев и пределы их измерений.

Кроме критериев Фурье и БИО применяют безразмерные величины, которые имеют смысл критериев:

1. -безразмерная температура, определяется:

- температура поверхности и теплоносителя постоянны, - начальная температура породы, - текущая температура в заданной точке породы.

Если имеется начальное распределение температур с перепадами между слоями породы , то:

2. - безразмерная координата, имеет смысл для тепловых процессов, модель которых можно представить в виде нагрева пластины толщиной h, цилиндра радиусом r в сферической полости радиусом Rп, для них:

Х и - текущие значения координаты по толщине пластины или соответствующего радиуса

3. - безразмерный градиент температуры

Физический смысл безразмерной формы и времени при заданном размере z постоянной температуропроводности – .

Породы изменяющиеся пропорционально (времени) можно рассчитать при помощи критерия Фурье:

Критерий БИО применяется для решения задач теплопроводности с граничными условиями третьего рода:

Физический смыслБИО характеризует собой изменения внутреннего теплового сопротивления к внешнему и определяет скорость ввода тепла в заданной точке.

для тел имеющих характерный размер.

- для тел полуограниченных и неограниченных.

Виды теплоносителей .

Теплообмен – самопроизвольный, необратимый процесс переноса тепла, обусловленный безразмерным градиентом температуры G.

Виды теплообмена: 1. Теплопроводность, 2. Конвекция, 3. Лучистый теплообмен, 4. Теплообмен при фазовых переходах.

На арактике теплообмен осуществляется сразу несколькими способами.

Теплообмен между жидким или газовым теплоносителями с поверхности твердого тела называется теплоотдачей.

Теплоотдача осуществляется: теплопроводностью, конвекцией, лучистым обменом.

Интенсивность отдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи – это количество тепла переданное в единицу времени через единицу поверхности твердого тела при разности температур между этой поверхностью и средой теплоносителя в 1⁰С.

Теплообмен между двумя подвижными теплоносителями через разделяющую их твердую стенку или поверхность раздела – называется теплопередачей.

Конвекция – это перенос тепла движущимся теплоносителем в большинстве случаев обмен с горными породами ……..

Движение теплоносителя у поверхности твердого тела может быть: свободным; вынужденным ( под действием внешних сил).

При малых скоростях движение имеет струйчатый характер (ламинарный), а при больших скоростях вихревой или турбулентный.

Удельный тепловой поток поступающий в твердое тело при конвекции (конвективном обмене):

Лучистый теплообмен – перенос энергии электромагнитными волнами от более нагретых тел к менее нагретым, даже если между ними вакуум.

Тела обладающие способностью полностью поглощать лучистую энергию называются АБСОЛЮТНО ЧЕРНЫМИ (в природе не существуют, науке неизвестно).

Твердое тело получает только часть лучистой энергии по отношению к абсолютно черному телу: , где степень черноты твердого тела , - лучепоглощение реального абсолютно черного твердого тела Вт/м².

Из уравнения Стефана Больцмана определяем

-разность температур поверхности твердого тела и температуры теплоносителя.

–постоянная С.Больцмана.

Если теплоноситель газ, то: коэффициент теплоотдачи лучепоглощения Вт/м²К.

- приведенная степень черноты газа.

Пограничный слой и механизм конвективного теплообмена.

При течении жидкого и газового теплоносителя в порах и трещинах твердого тела, а также при торможении их о преграду у поверхности твердого тела образуется динамический пограничный слой.

Температура в этом слое от температуры теплоносителя (Тт) до температуры поверхности твердого тела (Тпов) можно считать, что передача тепла от теплоносителя к твердому телу в этом слое осуществляется по закону теплопроводности: Вт/мК; - толщина, м

Градиент температуры можно представить в виде:

Тогда можно заключить, что теплообмен при использовании жидких теплоносителей всегда интенсивнее чем при использовании газовых теплоносителей.

Лекция №5

Тепловые свойства.

Теплоемкость – количество тепла необходимое для нагрева тела на 1 градус кельвина(К).

Теплоемкость отнесенная к единице массы вещества, называется удельной теплоемкостью, а отнесенная к единице объема – объемной теплоемкостью:

Теплоемкость для изохорных процессов называется изохорной C_V, для изобарных процессов изобарной С_P.

Для идеальных газов удельные теплоемкости имеют вид:

Т.к. по определению удельная энтальпия , то дифференцируя, энтальпия будет:

Дифференцируя, это выражение по температуре и учитывая, что согласно уравнению Клапейрона , для идеального газа, получим:

или

Подставив в формулы (1) и (2), для удельных теплоемкостей идеальных газов, получим:

Где – универсальная постоянная, отнесенная к массе одного моля вещества.

масса одного моля вещества, кг/моль.

Удельная теплоемкость горных пород изменяется от 0,4 до 2 и может быть рассчитана по формуле:

1. Тепловое расширение однородных твердых тел

1. Изменение энергии отталкивания между элементарными частицами однородного твердого тела

2. Энергия притяжения

3. Результирующая двух первых точка А₁, которая соответствует минимуму энергии системы, когда расстояние между смежными частицами равно ОА. Рисунок зависимости энергии взаимодействия от энергии смежных частиц.

Если одна частица твердого тела находится в точке О, а другая в точке А, то в состоянии равновесия суммарная энергия из взаимодействия будем минимальна, чем больше расстояние между частицами, тем больше будут силы притяжения между ними, чем меньше расстояние тем больше силы отталкивания.

Результирующая энергия взаимодействия между частицами при их отталкивании вправо или влево от положения равновесия увеличивается, причем неоднократно при сближении частиц и при удалении.

Асимметричность результирующей энергии взаимодействия и является результатом того, что при нагревании (увеличивается амплитуда колебаний частиц) твердые тела расширяются, а при охлаждении – сужаются.

Сила взаимодействия между частицами равна производному от энергии расстоянию r (м):

Обозначим общую длину линейной цепочки частиц однородного твердого тела через L, M, при изменении температуры твердого тела на длина цепочки увеличится на :

коэффициент линейного меплового расширения твердого тела 1/К.

Разделив переменные этого выражения по L и проинтегрировав обе части уравнения получим:

Разложив функцию e^x в ряд, получим:

Откуда: