Контрольные вопросы

23. Какую роль играет перемешивание в технологическом процессе?

24. По каким показателям оценивают результативность процесса пере­мешивания?

25. Почему искусственно ограничивают эффективность перемешива­ния в некоторых производственных процессах?

26. Перечислите способы воздействия на жидкость при перемешива­нии.

27. Какие конструкции мешалок используют при механическом пере­мешивании? Чем определяется выбор конструкции для конкретных ус­ловий перемешивания?

28. Какие факторы определяют мощность, потребляемую механиче­скими мешалками?

29. Как действуют статические смесители? В чем состоят их достоин­ства? Приведите пример конструкции.

30. Каким образом используют упругие колебания при перемешива­нии?

31. Опишите три возможных состояния твердых частиц в слое сыпучего материала, пронизываемого газовым потоком.

32. Как изменяется сопротивление слоя сыпучего материала при уве­личении скорости газа, проходящего через этот слой?

33. Почему сопротивление псевдоожиженного слоя сохраняется по­стоянным при изменении скорости газа? Чем определяется перепад дав­лений?

34. Каковы преимущества проведения некоторых технологических процессов в псевдоожиженном слое по сравнению с неподвижным слоем?

35. В чем состоят причины, ограничивающие применение «кипящего» слоя?

Раздел IV I

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Глава 12 основы теплопереноса

12.1. Механизмы переноса теплоты

Процесс переноса теплоты, происходящий между телами, име­ющими разную температуру, называется теплообменным. Тела, которые участвуют в теплообмене, называются теплоносителями.

Теплообменные процессы возможны только при наличии раз­ности температур теплоносителей, т.е. разность температур — дви­жущая сила теплообмена.

Способы передачи теплоты. Различают три способа передачи теплоты (теплопередачи): теплопроводность, конвекция и тепло­передача излучением.

Теплопроводность — это процесс передачи теплоты внутри тела от одних частиц к другим вследствие их движения и соударений. Передача теплоты только теплопроводностью может происходить лишь в твердых телах. Например, наружная поверхность стакана с горячим чаем становится также горячей за счет процесса тепло­проводности внутри стенки стакана.

Конвекция — это процесс распространения теплоты в результа­те движения объемов и перемещения частиц жидкостей или газов. Примером передачи теплоты конвекцией является обогрев ком­наты радиаторной батареей. Процесс обогрева можно значитель­но интенсифицировать применением вентилятора для перемеще­ния воздуха в комнате.

Теплопередача излучением — перенос энергии, обусловленный процессами испускания, распространения и поглощения элект­ромагнитных волн. Люди, животные, растения на Земле суще­ствуют благодаря теплоте, получаемой от Солнца.

В реальных процессах все три способа теплообмена обычно со­путствуют друг другу.

В тепловых процессах, осуществляемых в теплообменном аппа­рате, происходит передача теплоты от одного теплоносителя к другому, причем эти теплоносители в большинстве случаев раз­делены стенкой.

Перенос теплоты от поверхности твердого тела к газообразной или жидкой среде (или наоборот) называется конвективной теп­лоотдачей или просто теплоотдачей.

Уравнение теплового баланса. Для того чтобы найти количество теплоты, которое должно быть передано в теплообменном аппа­рате, необходимо составить уравнение теплового баланса.

В теплообменнике количество теплоты Q_b отдаваемое горячим теплоносителем в единицу времени, затрачивается на нагрев (Q₂) холодного теплоносителя, а часть теплоты (£>_п), рассеиваемая в окружающую среду, теряется. Соответствующее уравнение тепло­вого баланса записывается в виде

<2. = <2₂ + (2п- (12-1)

Количество теплоты, переносимой в единицу времени, назы­вают тепловым потоком. Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния (не происходит их конденсации и испаре­ния), то уравнение теплового баланса (12.1) принимает вид

QiCdTtn- Т_ы) = G₂c₂(T_2K- Т_2н) + 0_Ш (12.2)

где G_u G₂— массовые расходы веществ, участвующих в процессе теплообмена, кг/с; С\, с₂ — удельные теплоемкости этих веществ, Дж/(кг • К); T_iH, T_iK — начальная и конечная температуры горяче­го теплоносителя, К; Т_2н, Т_2к — начальная и конечная температу­ры холодного теплоносителя, К; Q_n — тепловые потери, Вт.

Под удельной теплоемкостью понимают количество теплоты, сообщаемой 1 кг вещества для изменения его температуры на 1 К.

В тех случаях, когда теплообмен между двумя средами сопро­вождается фазовым переходом (кипение, конденсация), в урав­нениях теплового баланса необходимо учитывать теплоту фазово­го перехода. Например, для конденсатора, в котором происходит конденсация паров горячего теплоносителя вследствие нагрева­ния холодного теплоносителя, уравнение теплового баланса име­ет вид

G,r_t= G₂c₂(T_2k-T_2h) + On, (12-3)

где r_x — удельная теплота конденсации горячего теплоносителя, Дж/кг.

Под удельной теплотой конденсации понимают количество теп­лоты, выделяющейся при конденсации 1 кг теплоносителя.

Передача теплоты теплопроводностью. В твердых телах, облада­ющих упорядоченной молекулярной структурой, распростране­ние теплоты обусловлено преимущественно теплопроводностью.

Основной закон теплопроводности — закон Фурье — гласит, что количество теплоты Q, передаваемой теплопроводностью в единицу времени через плоскую стенку, прямо пропорционально ее площади S и разности температур Т_ы - Г_ст2 ее поверхностей и обратно пропорционально толщине стенки 5:

Q=(X/5)S(T_crl-T_CT2),

85

1