Тепловое загрязнение и методы его снижения

1В Основные понятия и исходные положения термодинамики.

2В Использование экранов для защиты от излучений.

3В Типы теплообменных аппаратов.

4В Виды теплового расчета теплообменников.

Термодинамика – изучает законы превращения энергии в различных физико-химических процессах, происходящих в микроскопических системах и сопровождающихся тепловым эффектом.

Свойства каждой системы характеризуются рядом величин, т.е. термодинамическими параметрами. Основные:

· Температура;

· Давление;

· Удельный объем.

Теплоемкостью газов называется отношение количества теплоты δQ, полученного телом при бесконечно малом изменении его состояния, к связанному с этим изменению температуры тела dT

Различают:

1. Удельную массовую теплоемкость С (Дж/(кг*К));

2. Удельную объемную теплоемкость С^| (Дж/(м³*К));

3. Удельную мольную теплоемкость μС (Дж/(кмоль*К)).

2В

Для защиты от перегрева некоторых элементов теплотехнического оборудования требуется уменьшить лучистый теплообмен. В этом случае между излучателем и обогреваемым элементом ставят перегородки называемые экранами.

Рассмотри рисунки:

Лучистый теплообмен между двумя поверхностями через экран.

От более горячей пластины экрану теплота передается в количестве

Где

От экрана и более холодной поверхности

В стационарном режиме

Из выражения видно, что установка одного экрана при ε₁=ε₂=ε₃ уменьшает поток вдвое

Т.е. если ε=0,8 (окисленная стальная поверхность), а ε=0,1 то при наличии одного экрана , т.е. тепловой лучистый поток уменьшится в 13 раз.

Для исключения конвенции и теплопроводности из зазоров часто откачивают воздух. Такая изоляция называется ваккумно-многослойной.

3В

Теплообменный аппарат (теплообменник) – это устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя.

Теплообменники с двумя теплоносителями в зависимости от способа передачи от одного теплоносителем к другому можно разделить на несколько типов:

· Смесительные (происходит смешивание …)

· Ре…

· Регенеративные

· С промежуточным теплоносителем

Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносителя пар и его конденсат, является герметичная труба, заполненная частично жидкостью, а частично ……. Такое устройство называется тепловой трубой, способное передавать большие тепловые мощности.

4В

Наиболее простым является конструктивный расчет теплообменника, при котором известны начальные и конечные параметры теплоносителей и необходимо рассчитать поверхность теплообменника. Порядок выполнения такого расчета:

1. Из балансового уравнения определяют мощность теплового потока Q₂, которую нужно передать от горячего теплоносителя к холодному.

2. Пользуясь рекомендациями специальной литературы, задаются скоростями течения теплоносителем и конструктивными особенностями теплообменника (d трубок, проходным сечением ……).

3. Рассчитывают коэффициент теплоотдачи, а затем коэффициент теплопередачи К.

4. По формуле ∆t – средний перепад температур.

5. Из уравнений теплопередачи находим площадь F теплообменника.

6. По известной площади F рассчитывают длину трубок теплообменника.

7. Метод поверочного расчета -> метод последовательных приближений.

Пример:

Привести конструктивный тепловой расчет кожухотрубчатого теплообменника, в котором насыщенном паром с давлением р=0,6 МПа греется проходящая по трубкам вода от t₂^|=10⁰С до t₂^||=70⁰C. Объемный расход воды V₂=1л/с=10^-3 м³/с.

Принимаем трубы из латуни λ=106 Вт/м*К диаметром d_вн/d_n=16/18 мм. Скорость течения воды в трубах теплообменников ω₂ обычно принимается около 1 м/с, теплофизические свойства воды будем брать из справочника при средней температуре воды t₂=40⁰C, а конденсата при температуре t₁=t_н=158,8⁰С.

1) Для нагрева воды необходим тепловой поток

2) Средний перепад температур ∆t рассчитаем по разности средних температур:

3) Суммарные сечения труб для прохода воды

4) Площадь внутреннего сечения одной трубы:

5) Тогда число параллельно включенных трубок

6) Уточненное значение скорости течения воды в трубках

7) Для расчетов коэффициентов теплоотдачи в первом приближении температуру стенки трубки примем равной средней между температурами теплоносителей

Коэффициенты теплоотдачи:

а₁=8980 Вт/(м²*К)

а₂=6260 Вт/(м²*К)

8) Коэффициент теплопередачи

9) Площадь теплообменника

10) Длина трубок

11) Уточним температуру поверхностей стенки трубки со стороны пара по формуле

Со стороны воды

12) Повторив расчет (начиная с п.7) с уточнением значений и получим результат l=2.13 м.