Виды теплообмена (стр. 5 из 7)

, тогда

или

(2.16)

Для вычисления m_см через объёмные доли поступим так: пусть для простоты V_см = 1 м³, тогда

; G_см = r_смV_см = r_см; но

, а G_i = r_iV_i = r_ir_i, следовательно,

(2.17)

Эта формула, полученная как промежуточная в наших рассуждениях может служить для определения плотности смеси через объёмные доли. Так как

,

а по закону Авогадро (mu)_i = (mu)_см = idem, то

и окончательно

(2.18)

Газовая постоянная смеси газов R_см определяется из соотношения

(2.19) или

откуда

(2.20)

Плотность через массовые доли может быть определена по равенству

и

(2.21)

Удельный объём смеси u_см определяется как величина, обратная r_см.

Парциальные давления компонентов р_i через объёмные доли легко определить из уравнения (1 – 14):

р_iV_см = р_смV_i;

. Таким образом

р_i= r_i р_см (2.22)

Через массовые доли р_i выражается следующим образом. Напишем уравнение состояния газа для смеси и для i – го компонента:

Разделив второе равенство на первое, получим

, откуда

(2.23)

При расчёте газовых смесей часто встречается необходимость определить состав смеси по объёмным долям по известному массовому составу и наоборот. Установим соответствующие формулы перехода:

, но

тогда

; (2.24)

или

(2.25)

Состав атмосферы в рабочем пространстве топок (продуктов сгорания) определяется, как правило, через объёмные доли. В этом случае теплофизические характеристики смеси газов рассчитываются аналогично расчёту r_см – формула 2.17

;

;

и т. д.

2.4 Теплообмен при фазовых превращениях

Теплообмен с фазовыми превращениями – кипение

Фазовый переход

P_s – давление насыщенного пара

t_s – температура насыщения

P=C^te –парообразование при постоянных р и Т

L_v - скрытая теплота парообразования образование пузырьков

d - поверхностное натяжение, r - радиус кривизны

Dр»DТ (перегрев)

если г ® 0, Dр ® ¥ (пузырьки зарождаются всегда на поверхности)

поверхность нагрева и ее свойства играют важнейшую роль в парообразовании (пузырьки формируются преимущественно на шероховатой поверхности, которая образует микропузырьки ® "активные центры парообразования" или "зародыши")

форма и размеры пузырьков варьируются в зависимости от смачивания

кипение в непроточной воде или "в сосуде" (объемное):

Изменение температуры происходит в пограничном слое на стенке. Механизм и различные режимы кипения зависят главным образом от этой разницы температур.

Режимы кипения:

Вода с давлением 0,1 Мра

зона 1: свободная конвекция (еще нет возникновения пузырьков, т.к. Т_Н>Т_w).

зона 2: пузырьковое кипение ( пузырьки поднимаются вверх и вызывают есте- ственную циркуляцию)

зона 3: переходное кипение

зона нестабильности (только при данной Т_Н)

зона 4: пленочное кипение, продолжается образование пара пленки (изоляция), которое сопровождается передачей тепла

Критическая точка кипения с: нагрев при известном потоке затруднен из-за пленки пара, поэтому температура Т_w резко возрастает (® плавление)

Теплообмен: ® в общем случае расчётные формулы очень громоздки (большое количество параметров)

аппроксимация по Фритцу:

для воды (р = 0,01 … 15Мра) в

зоне пузырькового кипения

Теплообмен при фазовых превращениях – конденсация

Вид конденсации: ® зависит существенно от взаимодействия “жидкость – стенка”

Плёночная конденсация (жидкость смачивает поверхность): a=8000..12000 Вт/(м²К) значения для водяного пара

Капельная конденсация (жидкость не смачивает поверхность): a=30000..40000 Вт/(м²К)

Плёночная конденсация на вертикальной стенке:

®

Теория Нуссельта (опубликована в 1916)

Фундаментальная гипотеза:

стационарный режим

насыщенный пар (с температурой Т_Н) в состоянии покоя

Т_W – постоянна

стекание плёнки конденсата вниз в ламинарном режиме (под действием силы тяжести)

теплообмен осуществляется теплопередачей сквозь достаточно тонкую плёнку, поэтому градиент температуры через плёнку остаётся постоянным.

скрытая теплота парообразования бесконечно мала, если Р_нас << Р_крит

L – высота охлаждаемой поверхности (для горизонтальной трубы используют L = 2,5d

r_L – плотность жидкости

l - коэффициент теплопроводности

n - кинематическая вязкость

- средняя скорость в плёнке

- гидравлический диаметр = 4b (b: толщина плёнки)

- смачиваемый периметр

- массовый расход конденсата на единицу длины для водяного пара и Т_Н:

3. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ И СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

3.1 Радиационные свойства газов

Излучение газов существенно отличается от излучения, испущенного твердых тел. В то время как монохроматическая плотность потока излучения для твердого вещества практически изменяется во всем спектре, испускание и поглощение излучения в газах происходят в узких полосах длин волн.

Вид спектра поглощения водяного пара типичен и для других газов. Испускание и поглощение в очень узких полосах длин волн значительны, но в соседних смежных полосах они могут падать до нуля. Газы с симметричным строением молекул, такие, как O₂, N₂ и Н₂, не относятся к сильно поглощающим или излучающим. В большинстве случаев при температуре, меньшей температуры ионизации этих газов, излучением газов с симметричным строением молекул можно пренебречь. С другой стороны, излучение и поглощение газов с несимметричной структурой молекул могут быть значительными. Наиболее важными для техники газами с несимметричной структурой являются Н₂0, CO₂, CO, SO₃, NH₃ и углеводороды. Ограничимся рассмотрением свойств двух из них: Н₂0 и СО₂.