Конвективный теплообмен
Содержание
1. Основные понятия конвективного теплообмена:
конвекция, конвективный теплообмен, коэффициент теплоотдачи, термическое сопротивление теплоотдачи, сущность процессов конвективного теплообмена
2. Циклонные топки
3. Газообразное топливо
4. Задача
1. Основные понятия конвективного теплообмена
Конвекция, конвективный теплообмен, коэффициент теплоотдачи, термическое сопротивление теплоотдачи, сущность процессов конвективного теплообмена.
Конвекцией называют процесс переноса теплоты при перемещении макрочастиц (газа или жидкости). Поэтому конвекция возможна лишь в среде, частицы которой могут легко перемещаться.
Конвективным называют теплообмен, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты. Другими словами, конвективный теплообмен осуществляется одновременно двумя способами: конвекцией и теплопроводностью.
Конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью ее раздела с другой средой (твердым телом, жидкостью или газом) называют теплоотдачей.
Главной задачей теории конвективной теплоотдачи является определение количества теплоты, которое проходит через поверхность твердого тела, омываемого потоком. Результирующий поток теплоты всегда направлен в сторону уменьшения температуры,
При практических расчетах теплоотдачи пользуются законом Ньютона:
Q= б F(tж-tcт) (15-1)
т. е. тепловой поток Q от жидкости к стенке или от стенки к жидкости пропорционален поверхности F, участвующей в теплообмене, и температурному напору (tж — tст, где tст — температура поверхности стенки, а tж— температура среды, омывающей поверхность стенки. Коэффициент пропорциональности б, учитывающий конкретные условия теплообмена между жидкостью и поверхностью тела, называют коэффициентом теплоотдачи.
Приняв по формуле (15-1) F=1м², а ф =1 сек, получим плотность теплового потока в ваттах на квадратный метр;
q= б (tж-tcт) (15-2)
Величину 1/б обратную коэффициенту теплоотдачи, называют термическим сопротивлением теплоотдачи.
б = q : (tж-tcт) (15-3)
Из равенства (15-3) следует, что коэффициент теплоотдачи, а есть плотность теплового потока q , отнесенная к разности температур поверхности тела и окружающей среды.
При температурном напоре, равном 1° (tж-tcт=1°), коэффициент теплоотдачи численно равен плотности теплового потока б = q
Теплоотдача является достаточно сложным процессом и коэффициент теплоотдачи, а зависит от многих факторов, основными из которых являются:
а) причина возникновения течения жидкости;
б) режим течения жидкости (ламинарный или турбулентный);
в) физические свойства жидкости;
г) форма и размеры теплоотдающей поверхности.
По причине возникновения движения жидкости, бывает свободным и вынужденным.
Свободное движение (тепловое) возникает в неравномерно прогрето» жидкости. Возникающая при этом разность температур приводит к разности плотностей и всплыванию менее плотных (более легких), элементов жидкости, что вызывает движение. В этом случае свободное движение, называют естественной или тепловой конвекцией. Так, например, теплообмен между внутренним и внешним стеклами оконной рамы осуществляется естественной конвекцией (при условии, что расстояние между стеклами достаточно для циркуляции воздуха).
2. Циклонные топки
Циклонные топки предназначены для сжигания дробленого угля. Схема такой топки представлена на рис. 19-8. Дробленый уголь с первичным воздухом подается через штуцер I в циклонную камеру 2. В нее же тангенциально подается вторичный воздух, который поступает через штуцер 3 со скоростью около 100 м/сек, В камере создается вращающийся поток продуктов горения, отбрасывающий крупные частички топлива на ее стены, где они под действием горячих воздушных потоков газифицируются.
.Из циклонной камеры продукты горения с недогоревшими частицами топлива поступают в камеру дожигания 4. Шлак из циклонной камеры через камеру дожигания поступает в шлаковую ванну, где он гранулируется водой.
Достоинствами циклонных топок являются:
1)возможность горения топлива с небольшим избытком воздуха1,05—1,1, что снижает потери теплоты с отходящими газами;
2)повышенная удельная тепловая мощность топочного объема;
3)возможность работы на дробленом угле (вместо пылевидного);
4)улавливание золы топлива в топке до 80—90%.
К недостаткам циклонной топки относятся:
1) трудность сжигания высоковлажных углей и углей с малым выходом летучих веществ;
2) повышенный расход энергии на дутьё.
3. Газообразное топливо
Естественное. Природный (естественный) газ встречается во многих местах земного шара.
Запасы газового топлива в некоторых месторождениях достигают сотен миллиардов кубических метров. Его добывают не только из специальных газовых скважин, но и как побочный продукт при добыче нефти. Такой природный газ называют попутным нефтяным газом.
Основной составной частью природного газа является метан СН4.
Природный газ обладает высокой теплотой сгорания. Его используют в качестве топлива для промышленных печей, автотранспорта, а также для бытовых нужд.
Часть природного газа подвергают химической переработке для получения жидкого топлива, технологического газа, химического сырья.
В СССР крупные газоносные районы расположены в Поволжье, на Северном Кавказе, Украине, в Зауралье и др.
Искусственное. Искусственное газовое горючее (коксовый, мазутный, генераторный газы) получают при переработке нефти и естественного твердого топлива, а также в качестве побочного продукта в сырья.. Газообразное топливо.х углей и углей с малым выходом летучих веществ;лообмен, коэффициент теплоотдачи, термическое снекоторых отраслях промышленного производства, как, например, в доменном.
Доменный газ образуется в доменных печах при выплавке чугуна. Примерно половина полученного газа расходуется на собственные нужды доменной печи. Вторая половина газа может быть использована в качестве топлива.
Задача
Условие: Какое количество теплоты необходимо подвести к 1кг. воздуха с t =20С, чтобы его объем при постоянном давлении увеличился в два раза.
Вопрос: Определить температуру воздуха в конце процесса, теплоемкость воздуха –постоянная.
1) t = 25C – согласно IS- диаграммы.
2) Т = t +273=298К
3) Т = t +273=293К
Объем конечный вычислить так:
Vк = Vн х 2 = 0,058х2=0,116м²
Определить количество теплоты по формуле:
Q = mc(Т -Т) =1,5х1,005(298-293)= =7,537
где m-масса кг. - по заданию 1.5кг, с-теплоемкость кДж (кгС) из таблицы- 1,005кДж/кг.
Ответ: необходимо подвести теплоту в количестве Q =7,537,температура воздуха в конце процесса составит 25С.
