Przewodzenie, przenikanie ciepła, wymienniki ciepła- opracowanie

Nasza ocena:

5
Pobrań: 882
Wyświetleń: 3087
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Przewodzenie, przenikanie ciepła, wymienniki ciepła- opracowanie - strona 1 Przewodzenie, przenikanie ciepła, wymienniki ciepła- opracowanie - strona 2 Przewodzenie, przenikanie ciepła, wymienniki ciepła- opracowanie - strona 3

Fragment notatki:

1. Przewodzenie ciepła, równania:



Przenoszenie ciepła
radiacja
przewodzenie
konwekcja
Różnica: w przewodzeniu ciało przewodzące
pozostaje w bezruchu. W konwekcji jest ruch
ciepła i masy.
Przewodzenie ciepła
Ciepło przewodzi się z jednego miejsca do drugiego za pomocą jakiegoś ciała przewodzącego
(analogicznie do prądu)
Dobrymi izolatorami są ciała lekkie, porowate, pulchne. Najtańszym izolatorem jest
powietrze. Bardzo dobrym jest styropian.
dS
T1
T2
S

Q
Prawo Fouriera:
A- powierzchnia
 - współczynnik przewodzenia ciepła
dT

Q   A
dS
T2
S

 QdS    AdT
0

Q

S
T1
minus zmienił
granicę
całkowania
AT1  T2 
Przykład obliczeniowy:
Q
T1
T3
S1
1
T2
S2
1
Q
2
S1
S2
AT1  T3 
AT3  T2 




Q 1
1 
T1  T2 

A  1  2 


 S1 S 2 
1
Q
AT1  T2 
1
1

1
S1
2

T1  T3  



T  T  
2
 3


Q
1
S1
A
Q
2
S2
A
2
S2
Przykład 2.
M
S
T1
S
T1
T2
T3
M
S- Styropian
M- Mur
T2
T3
Styropian dobrze izoluje więc temperatura po 2 stronach ścianki jest bardzo zróżnicowanaduża różnica.
2. Charakterystyka ciał ze względu na właściwości przewodzenia ciepła
Ciała dzielimy na:


Dobre przewodniki – większość metali
Złe przewodniki – styropian, drewno, próżnie, gazy
Chodzi tutaj głównie o uporządkowanie cząstek w sieci – metale są ciasno uporządkowane
Dobrymi izolatorami są ciała porowate (zawierające w porach gazy)
Próżnie, gazy, ciała stałe, metale
przewodnictwo
3. Wnikanie ciepła – równania
Wnikanie ciepła – konwekcja
Przekazywanie ciepła przez medium będące w ruchu (np.: suszarka)
ścianka
T1
T2

Q  A(T1  T2 )
 - współczynnik wnikania ciepła
płyn
Można zastosować model uproszczony:
T2
T1
S
S – stoi!
 
Q  AT1  T2 
S
 - współczynnik przewodzenia ciepła
Im gwałtowniej płynie strumień tym bardziej S się zmniejsza czyli burzliwość poprawia ruch
ciepła.
Chcemy coś szybko wysuszyć to należy zwiększyć strumień (większa burzliwość) (nie można
zmienić A, temp. też ma swój limit.)
4. Sposoby intensyfikacji wnikania ciepła

Skoro jest prawo Q  AT1  T2  to zwiększyć przepływ ciepłą można tylko przez
zwiększenie współczynnika  .
Korzystając z modelu uproszczonego przyjmują, że  



S
, a więc:
Zwiększenie strumienia przepływu
Zwiększenie powierzchni A (założenie na ściankę żeber)
W rurociągach często odkłada się kamień kotłowy (albo inny osad) on zmniejsza
intensywność procesu (ponieważ

S
)
5. Przenikanie ciepła – równania
Przenikanie  Przewodzenie
Przenikanie
A
TA
B
T1
T2
ReA
x

Q   A A(T A  T1 )

 
Q  A(T1  T2 )
S


Q   B A(T2  TB )

TB
ReB
S

Q
Wnikanie!
Przenikanie = wnikanie + przewodzenie
Przewodzenie
przewodzenie
wnikanie
przenikanie



Q
T A  T1 

AA




 po dodaniustronami
 1
Q
Q
1
1 
1


Q
T1  T2 

T A  TB  
 
 AT A  TB 


 B 
1
1
1
A A

A
 


S
S
A  B





 
S

T2  TB  Q
k wspolczynn przenikani
ik
a

B A

k- współczynnik przenikania

Q  kATA  TB 
6. Współprąd i przeciwprąd
Przeciwprąd
Współprąd
TB1
TB 2
TB1
TB 2
T
T A1
TB1
TA2
T A 2 T A1
T A1
T
T A1
T
TA2
TA2
TB 2
T1
TB1
T2
TB 2
L
L
Siłą napędową w procesie jest ( TA  TB )
Ogólnie w procesach lepszy jest przeciwprąd, bo TA2  TB1 czyli temperatura wody gorącej na
wylocie jest niższa niż wody zimnej na wlocie – bardzo duża wymiana ciepła. We
współprądzie temperatura wody gorącej nigdy nie będzie Niżna niż wody zimnej (mała
wymiana ciepła). Stąd większe możliwości zagrzania wody przy użyciu mniejszej ilości
ciepłego płynu.
Czasami jednak stosuje się współprąd – gdy chce się zapobiec przegrzaniu współprąd daje
pewność, że temperatura wody zimnej nigdy nie przekroczy minimalnej temperatury wody
gorącej.
W procesie suszenia – w tym procesie lepiej stracić na efektywności ale zyskać na
bezpieczeństwie (nie przegrzeje się)
7. Bilans ciepła w wymienniku
Ogólnie
Cp – ciepło właściwe
T1 - temperatura na wlocie
 
Q  mCp(T1  T2 )
T2 - temperatura na wylocie

m - masowe natężenie przepływu
To jest bilans ciepła dla jednego medium!
Czyli jak w wymienniku ciepła jest woda gorąca i zimna to taki bilans rozpisuje się osobno

dla zimnej i osobno dla gorącej (to Q powinno być mniej więcej takie same). Potem jak już

się ma to Q można obliczyć współczynnik przenikania ciepła k!
Czyli dla wymiennika, w którym jest woda gorąca i zimna:

mB

mA
TB1
T A1
TB 2
TA2
Obliczanie ruchu ciała:

Q  kAT
T  T2 TB1  TA1 TB 2  TA2 
T  1

2
2


Q A  m A Cp A TA2  TA1 


QB  m B Cp B TB 2  TB1 

Od wyższej odejmujemy niższą
Właściwie powinno być:
T  T2
T  1
T
ln 1
T2
8. Przenikanie ciepła w wymienniku określanie siły napędowej
Przenikanie ciepłą w wymienniku liczy się ze wzoru:
k – współczynnik przenikania

Q  kAT
A – powierzchnia grzejna
i to „k” to współczynnik przenikania określa się na podstawie odpowiednich korelacji
Celem obliczeń dotyczących wymienników jest wyznaczenie tego „A” –powierzchni grzejnej
Siła napędowa
Siłą napędową przenikania ciepłą jest różnica temperatur medium A i medium B
( TA  TB )
TA
T2
T1
T3  TB

Q   A AT A  T1 

 
Q  AT1  T2 
S


Q   B AT2  T3 


TA  T1   Q
AA

T1  T2   SQ
A

TA  T1   Q
B A
WNIKANIE
PRZEWODZENIE
WNIKANIE
Sumując stronami:



Q 1 S
1  Q 1 Q
 k 
TA  TB  
 
A A  B  A
kA
   



k 1
9. Budowa i działanie wymienników ciepła
Wymienniki Ciepła to aparaty służące do wymiany ciepła, która zachodzi między 2 mediami.
To co się ochładza jest medium grzewczym
Wymienniki dzielą się na 2 rodzaje:
 Przeponowe (ze ścianką – przegrodą np.: chłodnica Liebiga)
 Bezprzeponowe (np. roztwór woda + para)
Rura w rurze - chłodnica Liebiga (można tę rurkę zwinąć w spiralkę – inne chłodnica)
 Płaszczowo – rurkowy
2 dna sitowe, w których w otworach
znajdują się rurki
Wady:
 Istnieją miejsca o większej i
mniejszej liczbie Re (czyli miejsca o
mniejszym i większym k)
 Problem rozszerzalności cieplnej (to
chyba wtedy gdy w małych rurkach
jest zimna ciecz a płaszcz jest
gorący) dlatego buduje się ściany
pofałdowane.
Szykany – niepełne dno w tym wymienniku. (koło)
Woda przelatuje przez to niepełne dno, wtedy płynie szybciej i jest lepsza wymiana ciepła.
Wymiennik Typu U –Rurka
Ten wymiennik jest lepszy pod względem dylabacji –
rozszerzalności cieplnej
Mniejszy przekrój jest wewnątrz rurek więc do nich
wlewamy medium, którego jest mniej
... zobacz całą notatkę



Komentarze użytkowników (0)

Zaloguj się, aby dodać komentarz