Жылу беру және жылу өту Химия өндірістерінің негізгі

Жылу беру және жылу өту “Химия өндірістерінің негізгі процестері және аппараттары” пәнінен дәріс-презентация Құрастырушы: “Химиялық технология” кафедрасының доценті х. ғ. к. Л. К. Тастанова

Дәріс-презентацияның мақсаты: Жылу берудің критериалды теңдеулерін зерттеу

Дәріс-презентацияның жоспары: 1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру 2. Бос конвекция барысында жылу беру 3. Сұйық пленкаға жылу беру 4. Жылу өту

Жылулық және гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі критерийлері: Нуссельт критерийі: Nu = αl/λ мұнда α – жылу беру коэффициенті, Вт/(м 2. К); l – негізгі геометриялық өлшемдер; λ - жылуөткізгіштік коэффициенті, Вт/(м. К).

Жылулық және гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі критерийлері: Прандтль критерийі: Pr = cµ/λ мұнда с- меншікті жылусыйымдылық, Дж/(кг. К); µ - динамикалық тұтқырлық коэффициенті, Па. с.

Жылулық және гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі критерийлері: Галилей критерийі: Ga = gl 3ρ2/µ 2 мұнда g – үдеу, м/с2; ρ – тығыздық, кг/м 3.

Жылулық және гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі критерийлері: Грасгоф критерийі: Gr = (gl 3ρ2/µ 2) β Δt мұнда β – көлемдік ұлғаю коэффициенті, К-1; Δt – қабырға және сұйықтықтықтың температуралары айырмасы (немесе керісінше), К.

Жылулық және гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі критерийлері: Пекле критерийі: Pe = wlcρ/λ мұнда w – жылдамдық, м/с.

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Тұзу құбырлар арқылы сұйық аққанда жылу беру: Nu = 0, 021εl Re 0, 8 Pr 0, 43 (Pr/Prст)0, 25 Газдар үшін: Nu = С εl Re 0, 8 Мысалы, ауа үшін: Nu = 0, 018 εl Re 0, 8

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Иілген құбырлар (змеевиктер) арқылы сұйықтың турбулентті ағынында жылу беру: Nu = 0, 021εl Re 0, 8 Pr 0, 43 (Pr/Prст)0, 25 формула бойынша алынған α мәнін змеевиктің қатынасыт қисықтығын сипаттайтын х коэффициентіне көбейтеді: αзм = αх х = 1 + 3, 54(d/D)

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Сұйық вертикалды немесе горизонталды орналасатын түзу құбырлар арқылы (Gr Pr) < 8. 105 және Re < 10000 жағдайда аққанда жылу беру: а) Re < 2300: Nu = 1, 55εl (Рe d/L) 1/3 (µ/µст)0, 14 б) 2300 < Re < 10000. Бұл аймақта есептеу жуықтап график бойынша жүргізіледі.

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Сұйық түзу құбырлар арқылы (Gr Pr) > 8. 105 және Re < 10000 жағдайда аққанда жылу беру: а) Құбырлар горизонталды орналасқанда (Re < 3500): Nu = 0, 8 (Рe d/L) 0, 4 (Gr Pr)0, 1 (µ/µст)0, 14 б) Құбырлар горизонталды орналасқанда (Re > 3500): Nu = 0, 022 Re 0, 8 Pr 0, 4 (µ/µст)n мұнда n = 0, 14 қыздырғанда, n = 0, 25 салқындатқанда.

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру в) Сұйық вертикалды құбырларда еркін және еріксіз конвекцияға сәйкес емес аққанда жылу беру: Nu = 0, 037 Re 0, 75 Pr 0, 4 (µ/µст)n мұнда n = 0, 11 қыздырғанда, n = 0, 25 салқындатқанда.

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Майда құбырлар жиынтығын сұйықтық көлденен бағытта сыртынан ағып өткен жағдайда жылу беру: а) Бір рет айқаспа ағын: Re < 1000 болғанда коридорлы және шахматты құбырлар жиынтығы үшін: Nu = 0, 56εφ Re 0, 5 Pr 0, 36 (Pr/Prст)0, 25 Re > 1000 болғанда құбырлар коридорлы орналасса: Nu = 0, 22εφ Re 0, 65 Pr 0, 36 (Pr/Prст)0, 25 құбырлар шахматты түрде орналасса: Nu = 0, 4εφ Re 0, 6 Pr 0, 36 (Pr/Prст)0, 25 Ауа үшін Re > 1000 болғанда және құбырлар шахматты түрде орналасса: Nu = 0, 35εφ Re 0, 6

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру б) Бірнеше рет айқаспа ағын: Re < 1000 болғанда коридорлы және шахматты құбырлар жиынтығы үшін: Nu = 0, 56εφ Re 0, 5 Pr 0, 36 (Pr/Prст)0, 25 (εφ = 0, 6) Re > 1000 болғанда құбырлар коридорлы орналасса: Nu = 0, 22εφ Re 0, 65 Pr 0, 36 (Pr/Prст)0, 25 (εφ = 0, 6) құбырлар шахматты түрде орналасса: Nu = 0, 4εφ Re 0, 6 Pr 0, 36 (Pr/Prст)0, 25 (εφ = 0, 6)

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Көлденен қабырғалары бар құбырлар жиынтығын сұйықтық сыртынан ағып өткен жағдайда жылу беру: Nu = С (d/t) - 0, 54 (h/t) - 0, 14 Re n Pr 0, 4 мұнда d – құбырдың сыртқы диаметрі, м; t – қабырғалар арасындағы қашықтық, м; h = (D – d)/2 – қабырғаның биіктігі, м. Коридорлы түрде орналасқан құбырлар үшін С = 0, 116, n = 0, 72; шахматты түрде орналасқан құбырлар үшін С = 0, 25, n = 0, 65.

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Жазық горизонталды бет арқылы ағу барысында жылу беру: а) Re < 5. 105: Nu = 0, 66 Re 0, 5 Pr 0, 33 (Pr/Prст)0, 25 б) Re > 5. 105: Nu = 0, 037 Re 0, 8 Pr 0, 43 (Pr/Prст)0, 25 Ауа үшін: Nu = 0, 032 Re 0, 8

2. Еркін конвекция барысында жылу беру 103 < (Gr Pr) < 109 жағдайда горизонталды құбырлардың сыртында жылу беру: Nu = 0, 5 (Gr Pr)0, 25 (Pr/Prст)0, 25 Вертикалды жазық және цилиндр тәрізді беттер бойымен жылу беру а) 103 < (Gr Pr) < 109: Nu = 0, 76 (Gr Pr)0, 25 (Pr/Prст)0, 25 б) (Gr Pr) > 109: Nu = 0, 15 (Gr Pr)0, 33 (Pr/Prст)0, 25

3. Сұйықтың пленкасына жылу беру Бу пленкалы конденсацияланғанда жылу беру: Нуссельт моделінде жылу беруді жалпы есептеу формуласыбобщенная расчетная формуласы: а) биіктіктері Н вертикалды құбырлар жиынтығының бетінде жылу беру коэффициентінің орташа мәні: α = 1, 15 (λ 3ρ2 gr/µΔt. Н)1/4 мұнда λ, ρ, g, r, µ, Δt, Н – конденсаттың пленкасының температурасы tпл = 0, 5(tконд – tст) болғанда. б) диаметрі d горизонталды жеке құбырдың сыртқы бетінде жылу беру коэффициентінің орташа мәні: α = 0, 728 (λ 3ρ2 gr/µΔt d)1/4

3. Сұйықтың пленкасына жылу беру Нуссельттің коррекцияланған моделінде пленкалы конденсация барысында жылу беру коэффициенттері: а) биіктіктері Н және диаметрлері d вертикалды n құбырлар жиынтығының бетінде конденсация барысында жылу беру коэффициентінің орташа мәні: α = 2, 04 εt (λ 3ρ2 r/µΔt. Н)1/4 мұнда λ, ρ, µ мәндерін tконд –да алады б) Ұзындықтары L горизонталды құбырлар жиынтығының бетінде конденсация барысында жылу беру коэффициентінің орташа мәнін анықтағанда εt функциясына қоса вертикаль бойынша құбырлар санының әсерін сипаттайтын ε көбейтіндісін енгізеді: α = 0, 728 ε εt (λ 3ρ2 gr/µΔtd)1/4

3. Сұйықтың пленкасына жылу беру в) Вертикалды беттер үшін: α конд = 1, 21 λ (ρ2 gr/µН)1/3 q-1/3 г) Жалғыз горизонталды құбыр үшін: α конд = 0, 64 λ (ρ2 gr/µd)1/3 q-1/3

3. Сұйықтың пленкасына жылу беру Сұйық пленка түрінде вертикалды бет арқылы ағып түскенде жылу беру: а) Пленканың турбулентті ағынында (Re > 2000): Nu = 0, 01(Ga. Pr. Re)1/3 б) Пленканың ламинарлы (Re < 2000): Nu = 0, 67 (Ga 2 Pr 3 Re)1/9

4. Жылу өту теңдеуі: Q = KFΔtср Жылу өту коэффициенті: К = 1/(1/α 1 + Σrст + 1/α 2)

Қорытынды: Жылу берудің әртүрлі критериалды теңдеулері зерттелді

Ұсынылатын әдебиет: Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9 -е изд. М. : Химия, 1973. -750 с. Плановский А. А. , Николаев П. И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 3 -е изд. М. : Химия, 1987. -540 с. Гельперин И. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 1981. -812 с.