Масса алмасу

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

« 2. 1 Жылумассаалмасу »

« 2. 2Жылуөткізгіштік »

Жоспары:

1. Жылумассаалмасу.

Жылыту жүйесінің магистральдеріедегі судың жылжуы тұйық және бір бағыты болғанда гидравликалық есебінің әдістерінің ерекшеліктері

2. Жылуөткізгіштік.

Жылу берудің сандық сипаттамалары.

Масса алмасу жөнінде түсінік.

Жылуөткізгіштіктің негізгі заңы.

Кіріспе

1. Әртүрлі температурасы бар екі дене жанасқан кезде, құрылымдық бөлшектердің (молекулалар, атомдар, бос электрондар) қозғалыс энергияларымен алмасу пайда болады, сол үшін температурасы төмен дененің бөлшектерінің қозғалу қарқындылығы өседі, ал температурасы жоғары дененің бөлшектерінің қозғалу қарқындылығы азаяды. Нәтижесінде жанасқан денелердің біреуі қызады, ал екіншісі суиды. Көбірек қызған дененің бөлшектерімен суық дененің бөлшектеріне беретін энергия ағыны жылу ағыны деп аталады. Сонымен жылу алмасудың пайда болуының жалғыз шарты-қарастырылып отырған денелердің арасында температуралар айырмашылығының болуы, осымен бірге жылу ағыны кіші температуралар жағына бағытталады.

Жылу алмасудың техникадағы да, табиғаттағы да маңызы - денелердің физика-химиялық қасиеттері негізінде температураға, яғни жылулық күйіне байланысты. Жылулық күй жылу алмасудың шарттарымен анықталады, сол үшін олар заттың агрегаттық күйінің өзгеру процесстеріне, химиялық реакциялардың өтуіне (жеке алғанда жану процессіне), денелердің механикалық, электризоляциялық, магниттік және басқа қасиеттеріне шешуші ықпал тигізеді.

Жылу беру немесе жылу алмасу дегеніміз кеңістіктегі жылудың таралуының өздігінен өтетін қайтымсыз процесстері туралы оқу. Жылудың таралу процессі деп қарастырылып отырған жүйенің жеке элементтері мен аумақтарының арасындағы ішкі энергиямен алмасу алынады. Жылу алмасу негізгі үш тәсіл арқылы іске асырылады: жылу өткізгіштік, конвекция және жылулық сәулелену арқылы.

Жылу өткізгіштік дегеніміз қарастырылып отырған кеңістіктегі температураның өзгергіштігімен шартталған, денелердегі (немесе олардың арасындағы) жылудың молекулярлық тасымалдануы.

Конвекция - сұйықтық немесе газ (аққыш орта) көлемінің кеңістікте бір температурасы бар аумақтан басқа температурасы бар аумаққа жылжу кезіндегі жылудың тасымалдану процессі. Оған қоса жылудың тасымалдануы ортаның өзінің тасымалдануымен тікелей байланысты.

Жылулық сәулелену - сәулеленетін дененің температурасы мен оптикалық қасиеттерінен тәуелді болатын, жылудың электрмагниттік толқындар арқылы таралу процессі, онымен қоса дененің (ортаның) ішкі энергиясы сәулелену энергиясына айналады. Заттың ішкі энергиясының сәулелену энергиясына айналуы және энергияның тасымалдану, затпен осы энергияның жұтылу процесстері сәулелену арқылы жылу алмасу деп аталады. Табиғатта және техникада жылуөткізгіштік, конвекция және жылулық сәулелену сияқты қарапайым жылудың таралу процесстері өте көп жағдайларда бір мезгілде жүріп отырады.

Таза түрде жылуөткізгіштік көбінесе қатты денелерде кездеседі.

Жылудың конвекциясы әрқашан жылуөткізгіштікпен қосарласып келеді. Жылудың конвекциямен және жылу өткізгіштікпен қатар тасымалдану процесі конвективті жылу айырбас деп аталады. Қатты бет және сұйықтық (немесе газ) арасындағы жылулықпен айырбас конвективті жылу айырбас немесе жылу беру деп аталады.

Булы қазандарда жылудың оттық газдан қайнатпалық құбырдың сыртқы беттеріне тасымалдану процесі барысында жылу айырбастың үш түрінің барлығы бір уақытта қатысады - жылу өткізгіштік, конвекция және жылулық сәулелену. Қайнатпалық құбырдың сыртқы беттерінен ішкі беттеріне күйе қабаты, металл қабырғасы және тосап қабаты арқылы жылу жылуөткізгіштік жолымен беріледі. Құбырлардың ішкі беттерінен суға жылу жылуөткізгіштік және конвекция арқылы беріледі, демек, жылудың өтуі кезеңдерінде жылу айырбастың элементарлық түрлері ең әртүрлі үйлестірулерде кездеседі. Есеп-қисаптарда осындай күрделі процестерді кейде біртұтас деп санау мақсатқа лайықты болады. Дәл осылай, ыстық сұйықтықтан салқынға оларды бөлуші қабырға арқылы жылудың берілуі жылу жеткізу процесі деп аталады

2. Жылу өткізгіштік - дененің температура айырмасы бар нүктелері арасында бір нүктеден екінші нүктеге жылу энергиясын жеткізу қасиеті дененің температурасы жоғары жақтан температурасы төмен жағына қарай жылу өткізу қабілеті

Жылуөткізгіштік коэффициенті заттың физикалық параметрі болып табылады. Жалпы жағдайда, жылуөткізгіштік коэффициенті жалпы жағдайда заттың түрі мен қысымы, температурасынан тәуелді, көп жағдайда жылуөткізгіштік коэффициенті әр түрлі материал үшін жылуөткізгіштік коэффициентін эксперименталды түрде анықтауға мүмкіндік береді. Олардың көбі берілген заттағы температура градиенті мен жылулық ағынын өлшеуге негізделген.

1. Жылумассаалмасу

Жылу-масса алмасу-заттың берілуімен, яғни масса алмасумен бірге жүретін жылу алмасу процестерінің заңдылықтарын зерттейтін пән.

Іс жүзінде жылу және масса алмасу өз жұмысында сұйық немесе газ тәрізді ортаны қолданатын көптеген техникалық жүйелерде жүреді. Бұл қазандық қондырғылары, жылу желілері, Құю өндірісі, әртүрлі жылу алмастырғыш жабдықтар, мысалы, электр станциялары, ғимараттар мен құрылыстардың конструкциялары және т. б. жұмыс ортасының өзі, таза зат немесе әртүрлі қоспалар мен ерітінділер тұрақты болып қалуы мүмкін немесе агрегаттық күйін өзгерте отырып, фазалық ауысуларды жүзеге асыра алады, мысалы, бу - ауа қоспасынан бу конденсациясы, балқымаларды салқындату және т. б.

Жылу және масса алмасу процесін жылу беру мен масса қозғалысының қарапайым қосындысына дейін азайту мүмкін емес. Себебі, техникада, әдетте, сұйықтықтардың немесе газдардың ағымы температураның біркелкі бөлінбеуімен, кейде қысымның салдарынан болады. Сонымен қатар, ортаның механикалық қасиеттері-тығыздық, тұтқырлық, жылу өткізгіштік осы параметрлерге айтарлықтай байланысты болуы мүмкін. Яғни, ортадағы жылудың таралуы мен ортаның қозғалысы байланысты болады. Қосымша қиындық осындай орталардың ағымдағы жағдайының тұрақсыздығы болуы мүмкін. Сонымен, нақты жағдайларға байланысты жылу және масса алмасу процестері әртүрлі жолдармен жүреді. Олар әртүрлі даму заңдылықтарына ие және әртүрлі математикалық теңдеулермен сипатталады. Мұндай ерекшеліктерді зерттеу жылу мен масса алмасуды зерттеу пәні болып табылады.

Жылу-масса алмасу есептері гидродинамика теңдеулерінің көмегімен математикалық түрде тұжырымдалады. Содан кейін олар дәл және жуық әдістермен шешіледі. Жылу және масса алмасу термодинамикадан айырмашылығы, кеңістіктегі және уақыттағы процестердің дамуын қарастырады. Жылу және масса алмасу процестерін есептеу температураның таралуын, қоспаның құрамдас бөліктерінің концентрациясын, сондай-ақ координаттар мен уақыт функциялары ретінде жылу ағындары мен орта массасын анықтауға мүмкіндік береді.

Гидравликалық есептеу

Сумен жылыту жүйелерін жобалау кезінде бұл жүйенің гидравликалық және жылу есептеулері. Гидравликалық есептеу таңдау және жобалау кейін жүзеге асырылады ұсынымдарға сәйкес жасалған жылу жүйелері, қосымшаларда келтірілген. Азаматтық аз қабатты ғимараттарда қолдану ұсынылады жылыту ретінде пайдаланылатын екі құбырлы жылыту жүйелері радиаторлар аспаптары (шойын, болат немесе биметалл) . Сондықтан бұл нұсқаулар екі құбырлы жүйелерді есептеу мысалдарын қарастырады жылыту. Жылыту жүйесін гидравликалық есептеудің мақсаты:

- құбыр учаскелерінің үнемді диаметрлерін анықтау;

берілген шығындарды ескере отырып, жүйенің шуылсыздығын қамтамасыз ету

жылу тасымалдағыш;

- реттеуші және теңгерімдік гидравликалық параметрлерді анықтау; клапандар мен олардың параметрлері.

Жылу есептеу мақсаты-түрін немесе мөлшерін таңдау (немесе секциялардың саны) берілген бастапқы жылу жобаланған жылу жүйесі үшін жағдайлар.

Гидравликалық және жылу есебін орындағаннан кейін жүйенің барлық элементтерін қамтитын жылу жүйесінің сипаттамасы жылыту: құбырлар, бекіту, түсіру және реттеу арматурасы, ауаны түсіруге арналған крандар, араластырғыш сорғы.

2. Жылу өткізгіштік

Жылу өткізгіштік - дененің температура айырмасы бар нүктелері арасында бір нүктеден екінші нүктеге жылу энергиясын жеткізу қасиеті дененің температурасы жоғары жақтан температурасы төмен жағына қарай жылу өткізу қабілеті.

Жылу өткізгіштігі - заттағы атомдар, молекулалар мен бос электрондардың жылу қозғалысының нәтижесінде жылулық энергияның таралу процесі. Осындай түрде, мысалға, қыздыратын құбыр қабырғасынан салыстырмалы түрде салқын жылу тасығышының әсеріндегі оның ішкі беттерге жылу берілу процесі өтеді. Дененің жылулық күйі оның температурасымен сипатталады. Жылу өткізгіштігі болған кезінде дененің әр түрлі бөліктерінің температурасы әр түрлі шамада болады, бірақ та нүктеден нүктеге қарай температура үздіксіз түрде өзгереді. Денедегі барлық температура мағыналарының жиынтығы температуралық өріс деп аталады. Өз бетімен жылулық энергия тек температураның азаю жағына ғана өте алады.

Масса алмасу

Массаның (заттың) бір фазадан екінші фазаға өтуімен сипатталатын масса алмасу деп аталатын процестер химия, тамақ және т. б. өндірістерде жиі кездеседі. Фазалар сұйық, қатты, газ және бу күйлерінде болуы мүмкін. Өндірістерде негізінен төмендегі масса алмасу процестері жиі қолданылады:

Абсорция. Газдар немесе булар мен газдар қоспаларынан бір немесе бірнеше құрастырушылардың сіңіргіш сұйық пен сіңірілуі абсорция процесі деп аталады. Абсорцияда зат газды фазадан сұйық фазаға өтеді. Газды сұйықтан ажыратып алу, яғни абсорцияға кері процесс десорбция деп аталады.

Айдау және ректификация. Гомогенді сұйық қоспаларды құрастырушыларының әртүрлі ұшқыштығына және сұйықпен бу фазаларының қарама-қарсы әрекеттеріне байланысты жартылай (жай айдау) немесе толық (ректифиация) ажырату. Мұнда масса сұйық фазадан булы фазаға және керісінше (булы фазадан сұйық фазаға) өтеді.

Экстракция . Сұйық және қатты заттардың қоспасынан бір немесе бірнеше құрастырушыларды таңдап ерітуші сұйықтар (экстрагенттер) жәрдемімен айырып алу процесі экстракция деп аталады. Сұйық - сұйық және қатты дене - сұйық жүйелерінде экстракциялар болады: біріншісінде масса (зат) бір сұйық фазадан екінші сұйық фазаға, ал екіншісінде - қатты фазадан сұйық фазаға өтеді.

Адсорбция. Кеуекті қатты заттардың өздерінің бетіне газды, буды немесе ерітіндіден еріген заттарды сіңіріп алу процесі адсорбция деп аталады. Мұнда масса газды, булы немесе сұйық фазалардан қатты фазаға өтеді. Қатты заттардан сіңірілген затты айырып алу, яғни адсорбцияға кері процесс десорбция деп аталады.

1. Кептіру. Қатты заттардан ылғалды негізінен булану арқылы шығару процесі кептіру деп аталады. Мұнда масса (ылғал) қатты фазадан газды немесе булы фазаға өтеді.

2. Кристалдану. Ерітіндіден немесе балқымадан қатты заттардың кристалл түрінде бөлінуі кристалдану процесі деп аталады. Мұнда масса сұйық фазадан қатты фазаға өтеді.

3 . Мембраналы ажырату. Кейбір заттарды өткізіп, ал кейбіреуін ұстап қалатын қабілеттілігі бар жартылай өткізгіш мембраналардың жәрдемімен ерітіндідегі ерітілген заттарды ажырату. Мұнда масса (зат) жартылай өткізгіш мембрана арқылы бір сұйық (газды) фазадан екінші сұйық (газды) фазаға өтеді.

Жылуөткізгіштің негізгі заңдары.

Жылулықтың таралу процессін жалпы алғанда және жылу өткізгіштік сондай-ақ, дененің температурасының таралуымен тығыз байланысты. Сондықтан, алдымен температуралық өріс және температура градиенті ұғымдарымен байланыстығын анықтау керек. Температуралық өріс деп, сол моменттегі қаралып отырған дененің барлық нүктелеріндегі температураларының лездегі, сол момент уақыттағы, шамаларының жиынтығын айтады. Егер, дененің қандай болмасын, температурасының уақыт аралығында өзгермеуі және сондықтан, ол, тек ғана, кеңістіктегі координат нүктелерінің (x, y, z) функциясы болуы, онда, мұндай температуралық өрісті тұрақталған немесе тұрақты деп атайды. Егер температура уақытқа байланысты болса, яғни t = f(x, у, z, Ί), онда, температуралық өріс тұрақталмаған немесе тұрақсыз деп аталады. Температуралық өрістің, қарапайым категориясы болып, бір өлшемді тұрақталған өрісі болып есептеледі, ол, бір координатты өске бағытталған, температураның өзгеруін сипаттайды.

Өрістегі барлық нүктелердің, бірдей температуралықтарын қосып сыза, изотермиялық бетті табамыз. Бұл беттер, бір бірімен қиылыспайды; олар, өзімен тұйықталмайды, немесе дене шекарасында бітеді. Жылулықтың денеде таралып өтуі, тек ғана, бір изотермиялық беттен екінші жағына температураның төмендеуі бағытында болады. Денедегі, жылулықтың таралу жолы, изотермиялық бетке нормалы бағытпен сәйкес келеді.

Δn нөлге үмтылғандағы, изотермиялардың аралық қашықтығының, Δt температура шегінде өзгеру қатынасын температуралық градиенті деп атайды:

grad t = lim (Δt/Δn) Δa→0=dt/ḋn

(3)

Оның, оң бағытта қолдануы температураның ұлғаю бағыты болып есептеледі. Жылулық мөлшері қатынасының, тең шамадағы бет арқылы өтетін уақыттағысы, бұл жылу мөлшерінің - осы бет арқылы өтуін, жылулық ағыны деп атайды.

Ф = dQ/d'Ί, Вт.

(4)

Егер ағын тұрақты болса: Ф = Q/Т Жылулық ағынының беттік тығыздығымен - жылулық ағынының, ауа бетінің қатынасына тең, шама арқылы, осы ағын ағып өтеді, (Вт/м2) .

q = dФ/dҒ немесе q = Ф/Ғ.

(5)

Жылу жүргізгіштің (Фурье) негізгі заңына сәйкес, жылулық ағынының тығыздығы, градиент температурасына пропорционалды болады:

-λ grad t = -λḋt / ḋn.

(6)

Осы формуланың, оң жақ бөлігіндегі теріс таңбаның көрсетуі, таралу бағытындағы, дененің жылулық температурасы азаяды және шама grad t, теріс таңбалы шамада болады. Сонымен, жылу жүргізгішпен берілген жылулық мөлшерін, мына формуламен табады:

dQ = -λ(ḋt/ḋn) dF d'Ί.

(7)

Бүл байланыстылықты 1822жылы Ж. Фурье анықтаған және оны, Фурье заңы деп атайды: жылулық мөлшерін, жылу жүргізгіштік жолымен берілуі, температураның төмендеуіне, пропорционалды уақытына және қима ауданына, жылулықтың таралу бағытына перпендикулярлы болады. Қарапайым жағдайда, қашан жылулық жазық қабырғамен және бір бағытта (х өсі бойымен) таралса, онда Фурье заңы былай жазылады:

qx = -λḋt/ḋn = -λḋt/ḋx,

(8)

мүндағы λ = - q/grad t.

Теңдеудегі (-λ grad t = -λḋt / ḋn) көбейткіш х, пропорционалдылығының жылужүргізгіштігі деп атайды. Ол, физикалық көрсеткіш болып, дененің жылулық өткізгіштік қабілеті немесе үдемелі қарқындылығын сипаттайды, заттардың жылу жүргізгіштік процессі және температуралық градиенті кезіндегі, жылу жүргізгіштік әрекетінің жылулық ағыны, тығыздығының санына тең, ол бірге тең. Сонымен, X - өлшем бірлігі Вт/(мК) .

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.