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/(м2.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 = gl3ρ2/µ2 мұнда g – үдеу, м/с2; ρ – тығыздық, кг/м3.

Жылулық және гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі критерийлері: Грасгоф критерийі: Gr = (gl3ρ2/µ2) 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 Re0,8 Pr0,43 (Pr/Prст)0,25 Газдар үшін: Nu = С εl Re0,8 Мысалы, ауа үшін: Nu = 0,018 εl Re0,8

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру Иілген құбырлар (змеевиктер) арқылы сұйықтың турбулентті ағынында жылу беру: Nu = 0,021εl Re0,8 Pr0,43 (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 Re0,8 Pr0,4 (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 Re0,75 Pr0,4 (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 Re0,5 Pr0,36 (Pr/Prст)0,25 Re > 1000 болғанда құбырлар коридорлы орналасса: Nu = 0,22εφ Re0,65 Pr0,36 (Pr/Prст)0,25 құбырлар шахматты түрде орналасса: Nu = 0,4εφ Re0,6 Pr0,36 (Pr/Prст)0,25 Ауа үшін Re > 1000 болғанда және құбырлар шахматты түрде орналасса: Nu = 0,35εφ Re0,6

1. Жылутасымалдағыштар еріксіз қозғалғанда жылу беру б) Бірнеше рет айқаспа ағын: Re < 1000 болғанда коридорлы және шахматты құбырлар жиынтығы үшін: Nu = 0,56εφ Re0,5 Pr0,36 (Pr/Prст)0,25 (εφ = 0,6) Re > 1000 болғанда құбырлар коридорлы орналасса: Nu = 0,22εφ Re0,65 Pr0,36 (Pr/Prст)0,25 (εφ = 0,6) құбырлар шахматты түрде орналасса: Nu = 0,4εφ Re0,6 Pr0,36 (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 Pr0,4 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 Re0,5 Pr0,33 (Pr/Prст)0,25 б) Re > 5.105: Nu = 0,037 Re0,8 Pr0,43 (Pr/Prст)0,25 Ауа үшін: Nu = 0,032 Re0,8

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 (λ3ρ2gr/µΔtН)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 (λ3ρ2gr/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 (λ3ρ2r/µΔtН)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 (λ3ρ2gr/µΔtd)1/4

3. Сұйықтың пленкасына жылу беру в) Вертикалды беттер үшін: α конд = 1,21 λ (ρ2gr/µН)1/3 q-1/3 г) Жалғыз горизонталды құбыр үшін: α конд = 0,64 λ (ρ2gr/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(GaPrRe)1/3 б) Пленканың ламинарлы (Re < 2000): Nu = 0,67 (Ga2 Pr3 Re)1/9

4. Жылу өту Жылу өту теңдеуі: Q = KFΔtср Жылу өту коэффициенті: К = 1/(1/α1 + Σrст + 1/α2)

Қорытынды: Жылу берудің әртүрлі критериалды теңдеулері зерттелді

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