Кипение,основные виды,общая картина,особенности теплообмена.

Кипение – процесс интенсивного образования пара внутри объема жидкости при температуре насыщения или выше этой температуры.При кипении поглощается теплота фазового перехода, поэтому для осуществления стационарного процесса кипения необходим повод теплоты (см. формулу (5.4)).

Различают поверхностное и объемное кипение. Объемное кипение жидкости встречается достаточно редко (например, при резком уменьшении давления) и, в этом случае, температура жидкости становится больше температуры насыщения при данном давлении. В нашем курсе будем рассматривать только теплообмен при кипении на твердых поверхностях или поверхностное кипение.

Процесс кипения зависит от граничных условий теплообмена, давления среды, физических свойств жидкости, пара и твердой стенки, состояния твердой поверхности, геометрии системы, режима движения жидкости и т.д. Поэтому разработать математическую модель процесса кипения не представляется возможным и все сведения о механизме кипения получены опытным путем. При этом используется следующая классификация видов кипения:

— по роду или режиму кипения – пузырьковое или пленочное;

— по типу конвекции – при свободной (в большом объеме) или при вынужденной;

— по расположению поверхности кипения – у вертикальной, наклонной или горизонтальной поверхности;

— по характеру – неразвитое, неустойчивое, развитое.

В процессе теплоотдачи в кипящей жидкости формируется температурное поле (рис.5.6, б). При этом жидкость оказывается перегретой выше температуры насыщения, соответствующей давлению в жидкости.При кипении на твердых поверхностях можно выделить две области с разным по характеру изменением температурного поля: тепловой пограничный слой и тепловое ядро в жидкости.Тепловой пограничный слой– весьма тонкий слой жидкости, прилегающий непосредственно к поверхности стенки, в пределах которого сосредоточено практически все изменение температуры жидкости: от температуры поверхности до температуры в ядре потока (см. рис.5.6).Тепловое ядро жидкости – вся остальная жидкость за пределами теплового пограничного слоя.

а – картина процесса кипения; б – распределение температуры; 1 – поверхность теплообмена (стенка); 2 – насыщенный водяной пар; 3 – поверхность воды; 4 – всплывающие паровые пузыри; 5 – внешняя граница пограничного слоя; T_пов.ж – температура поверхности жидкости; T_w – температура поверхности теплообмена (стенки); T_н – температура насыщения жидкости при заданном давлении; p_н – давление насыщения; δ _пс – толщина пограничного слоя; Q – тепловой поток от стенки к воде; G_п – массовый расход пара

 

1-30

30. Причины и виды гидравлического сопротивления в теплообменных аппаратах, основы расчета.

 

 

1-31

31. Закон Фурье: формула и смысл. Коэффициент теплопроводности.

 

Закон Фурье: формула и смысл.Коэффициент теплопроводности. Фурье доказал экспериментально, что во всякой точке тела (вещества) в процессе теплопроводности присуща однозначная взаимосвязь между тепловым потоком и градиентом температуры:

,

где Q – тепловой поток, выражается в Вт;

grad(T) – градиент температурного поля (совокупности числовых значений температуры в разнообразных местах системы в выбранный момент времени), единицы измерения К/м;

S – площадь поверхности теплообмена, м²;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м К).

Градиент температуры получится характеризовать в виде векторной суммы составляющих по осям декартовых координат:

где i, j, k – ортогональные между собой единичные векторы, нацеленные по координатным осям.

Значит, данный закон устанавливает величину теплового потока при переносе тепла посредством теплопроводности.

Закон Фурье для поверхностной плотности теплового потока принимает вид:

.

Знак « минус» обозначает, что векторы теплового потока и градиента температуры разнонаправленные. Следует понимать, что теплота передается в направлении спада температуры.

И все же не лишним будет указать, что закон Фурье не принимает в расчет инерционность процесса теплопроводности, иначе говоря, в представленной модели колебание температуры в любой точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье некорректно применять для характеристики высокочастотных процессов таких как, к примеру, распространение ультразвука, ударной волны.

Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим его способность проводить теплоту. Коэффициент теплопроводности определяется из уравнения (9.4):

.

 

Численно коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящему в единицу времени через единицу изотермической поверхности при условии gradt=1. Его размерность Вт/(м·К). Значения коэффициента теплопроводности для различных веществ определяются из справочных таблиц, построенных на основании экспериментальных данных. Для большинства материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры приближенно можно выразить в виде

.

линейной функции

 

где λ ₀ — значение коэффициента теплопроводности при температуре t₀=0 ⁰С; b — постоянная, определяемая опытным путем.

Наихудшими проводниками теплоты являются газы. Коэффициент теплопроводности газов возрастает с увеличением температуры и составляет 0, 006÷ 0, 6 Вт/(м·К). Следует отметить, что верхнее значение относится к гелию и водороду, коэффициент теплопроводности которых в 5—10 раз больше, чем у других газов. Коэффициент теплопроводности воздуха при 0 ⁰С равен 0, 0244 Вт/(м·К).

Для жидкости λ =0, 07÷ 0, 7 Вт/(м·К) и, как правило, уменьшается с увеличением температуры. Коэффициент теплопроводности воды с увеличением температуры возрастает до максимального значения 0, 7 Вт/(м·К) при t=120 ⁰С и дальше уменьшается.

Наилучшими проводниками теплоты являются металлы, у которых λ =20÷ 418 Вт/(м·К). Самый теплопроводный металл — серебро. Для большинства металлов коэффициент теплопроводности убывает с возрастанием температуры, а также при наличии разного рода примесей. Поэтому коэффициент теплопроводности легированных сталей значительно ниже, чем чистого железа.

Материалы с λ < 0, 25 Вт/(м·К), обычно применяемые для тепловой изоляции, называют теплоизоляционными. Большинство теплоизоляционных и строительных неметаллических материалов имеют пористое строение, что не позволяет рассматривать их как сплошную среду.

 

1-32

32. Теплопроводность плоской стенки, теплопередача через плоскую стенку.

Q = (tст.1 – tст.2)F

В этом уравнении величина характеризует тепловую проводимость стенки, а обратная величина ( ) - Термическое сопротивление стенки.

 

 

(Теплопередача через плоскую стенку)

 

Стенка разделяет две жидкости с различной температурой: Т_ж1 иТ_ж2; Т_ж1> Т_ж2. Известны коэффициенты теплоотдачи от нагретой жидкости к стенкеα ₁и от стенки к холодной жидкостиα ₂. Величины λ, α ₁, α ₂, Т_ж1, Т_ж2 являются постоянными во времени и не изменяются вдоль поверхности стенки.

2-1. Назовите суммарную установленную мощность электростанций мира. Какой процент данной мощности вырабатывается на ТЭС, ГЭС и АЭС?

2015 год — 18453 ТВт·ч — 2, 105 ТВт

 

2-02

2. Основные виды энергетических ресурсов. Назовите типы электрических станций, работающих на этих видах ресурсов. В каких регионах мира они построены?

 

 

2-3. Как оцениваются ресурсы органического топлива нашей планеты в настоящее время?

 

 

 

2-4. Каковы объемы мировой добычи угля? Распределение разведанных запасов угля по странам мира. Основные месторождения ископаемого твердого топлива РФ.

Примерно 7-8 млн. т. в год

 

 

2-28

28. Расход топлива на конденсационную электростанцию без промежуточного перегрева пара.

 

 

Различают КПД КЭС брутто (без учета расхода на собственные нужды) и КПД КЭС нетто (с учетом расходов на собственные нужды). Энергетическими показателями, равноценными КПД, служат также удельные (на единицу электроэнергии) расходы тепла и условного топлива с теплотой сгорания 29, 3 МДж/кг (7000 ккал/кг), равные для КЭС соответственно 8, 8 – 10, 2 МДж/кВт∙ ч (2100 – 2450 ккал/кВт∙ ч) и 300–350 г/кВт∙ ч.

 

 

                                                Расчетами установлено, что повышение температуры острого пара на 50 °С уменьшает удельный расход топлива на 2, 5 % в установках без промперегрева

 

2-29

29. Расход пара на конденсационную электростанцию с промежуточным перегревом пара (ПТС простейшей конденсационной электростанции с промперегревом пара, процессы работы пара в конденсационной турбине с промперегревом пара и без него в i, s – диаграмме).

ПТС КЭС без подогрева.

КОНДЕНСАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (КЭС), тепловая паротурбинная электростанция, назначение
которой - производство электрич. энергии с использованием конденсационных
турбин. На КЭС применяется органическое топливо:
твёрдое топливо, преимущественно уголь разных сортов в пылевидном состоянии,
газ, мазут и т. п. Тепло, выделяемое при сжигании топлива, передаётся в
котельном агрегате (парогенераторе) рабочему телу, обычно - водяному пару.
КЭС, работающую на ядерном горючем, называют атомной электростанцией
(АЭС)
или конденсационной АЭС (АКЭС). Тепловая энергия водяного пара преобразуется
в конденсационной турбине в механическую энергию, а последняя в электрич.
генераторе - в электрическую энергию. Отработавший в турбине пар конденсируется,
конденсат пара перекачивается сначала кон-денсатным, а затем питательным
насосами в паровой котёл (котлоагрегат, парогенератор). Т.о. создаётся
замкнутый пароводяной тракт: паровой котёл с пароперегревателем - паропроводы
от котла к турбине-турбина-конденсатор-конденсат-ный и питат.насосы-трубопроводы
питат. воды-паровой котёл.Схема пароводяного тракта является осн. технологич.
схемой паротурбинной электростанции и носит название тепловой схемы КЭС.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: