Материал: Дрі Химиялы жне фармацевтикалы технологияны негізгі процестерін жіктеу. Химиялы ндірісті отайландыру

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
Жылуөткізгіштік. Фурье теңдеуі. Жылуөткізгіштік коэффициенті. Жылуөткізгіштің негізгі теңдеуін Фурье заңынан жазады. Бұл заң бойынша жылуөткізгіштік арқылы берілген жылу мөлшері dQ, температура градиентіне dt/dn, уақытқа dτ жəне жылу ағынына перпендикуляр жатқан қима беттің ауданына dF тура пропорционал.dQ=- λdtdF τ/dn, Вт/K (2.2)Теңдеудегі λ -коэффициенті жылуөткізгіштік коэффициенті деп аталады.λ -бір уақыт ішінде 1м2 жылуалмасу бетіндегі температуралар айырмасы 1 градус болып, изотермиялық бетке нормаль жатқан қабырға қалыңдығының бірлігінен (1м), жылуөткізгіштік арқылы өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни ол дененің жылуөткізгіштік қабілетін сипаттайды. Жылуөткізгіштіктің дифференциалдық теңдеуі.Жылуөткізгіштік арқылы жылу таралуы үдерісін дифференциалдық теңдеу арқылы өрнектеуге болады.Температураөткізгіштік коэффициенті а дененің жылу инерциялық қасиетін сипаттайды, яғни жылуөткізгіштігі көп дене тезірек қызады немесе тезірек суынады.Жылуалмасу қондырғыларындағы жылуберу беті негізінен жазық, цилиндрлік немесе сфералық түрде болып келеді. Сондықтан жылуөткізгіштікпен жылудың таралуын осы геометриялық беттер арқылы есептеудің үлкен тəжірибелік мəні бар.Конвективтік жылуалмасу үдерісі Сұйықтар ағысы қаншалықты қарқынды, яғни турбулентті болса, соғұрлым конвекция арқылы жылуалмасу күшті болады. Ағындағы жылуалмасу жылуөткізгіштік пен конвекция арқылы болса, конвективтік жылуалмасу деп аталады.Жылуберу. Ньютон заңы. Сұйықтан қатты денеге, немесе керсінше қатты денеден сұйыққа жылуалмасу беті арқылы берілетін жылу мөлшері, қабырға бетіне tқаб–to=∆t жəне уақытқа тура пропорционал болады.Бұл теңдеудегі негізгі есептелінетін шама жылуберу коэффиценті α-ның физикалық мəні: ол қабырға мен тамшылы сұйықтың (газдың) арасындағы жылуалмасудың қаншалықты қарқынды өтетіндігін сипаттайды.Жылуберу коэффиценті өте көп факторларға байланысты өзгеріп отырады. Яғни, α=f(w, ρ ,λ, c, µ, β, d, h, l, e), осыған байланысты α-ны есептеу үшін ұқсастықтар теориясы пайдаланылады.Конвективтік жылуалмасудың дифференциалдық теңдеуі. Конвективтік жылуалмасу жылуөткізгіштік жəне конвекция арқылы өтеді.Қатты денелер үшін wx=wy=wz=0 болғандықтан, теңдеу жылуөткізгіштіктің дифференциалдық теңдеуіне айналады.Жылуалмасу үдерістерінің ұқсастықтар теңдеулері. Жылуберу коэффиценті α-ны анықтау үшін Навье-Стокс жəне үздіксіздік теңдеулерін интегралдап шешу керек.
Нуссельт саны қалыптасқан ағындағы қабырға мен ағын ядросы арасындағы жылуалмасу үдерісінің ұқсастығын сипаттайды.Прандтль саны -конвективтік жылуалмасудағы жылутасымалдағыштардың физикалық қасиеттерінің ұқсастығын сипаттайды.Грасгоф критерийі -сұйықтар ағынының табиғи конвекция жағдайындағы гидродинамикалық кезеңін сипаттайды.Осы алынған ұқсастық сандар жылуды конвекциямен берудің ұқсастықтар теңдеуін алуға мүмкіндік береді.f(Re, Gr, Pr, Fo)=0Мұндағы Nu біркелкі жағдайлардан құралмағандықтан ұқсастықтың анықталатын саны болады, сондаNu=f(Re, Gr, Pr, Fo)Есептеуді жеңілдету үшін, егер жылуалмасу қалыптасқан болсаNu= f(Re, Gr, Pr)Еріксіз конвекция кезіндегі критерийлік теңдеуде Gr критерийі алынып тасталынадыNu =f(Re, Pr), немесе Nu =A Ren PrmЕрікті конвекция кезіндегі критерийлік теңдеуде Re критерийі алынып тасталынады.Сұйықтардың еркін ағуындағы жылуберу. Сұйықтардың еркін ағуы (еркін конвекция) ыстық жəне суық бөлшектердің қысымының салдарынан болады. Мұндағы жылуберудің ұқсастық теңдеуі бойынша жазылады:Nu =c(GrPr)m (2.11)Мұндағы с, m -тұрақтылар, олар сұйықтардың қандай кезеңде ағуына байланысты болады: ламинарлық кезеңде Gr·Pr<5·102, мұндағы c=1,18 n=0,125; өтпелі кезеңде Gr·Pr=5·102÷2·107, мұндағы c=0,54 n=0,25; турбулентті кезеңде Gr·Pr>2·107, мұндағы c=0,135 n=0,33. Грасгоф критерийін есептегенде (2.28) бойынша анықтаушы геометриялық өлшем ретінде цилиндрлік жəне сфералық денелер үшін диаметр, ал жазық қабырға үшін олардың биіктігі алынады. Анықтаушы температура ретінде шекаралық қабаттың орташа температурасы t=0,5(tқ+tc) алынады. Осы температура бойынша керекті физикалық мəндердің шамалары анықталады. Сұйықтардың еріксіз ағуындағы жылуберу. Сұйықтардың еріксіз ағуы кезіндегі жылуберудің қарқындылығы бірінші кезекте сұйықтардың ағу кезеңіне байланысты. Ламинарлы кезеңдегі (Re<2300) жылуберу сұйықтардың еркін жəне еріксіз қозғалыстарымен анықталады. Ламинарлы кезеңдегі жылуберуді есептеу үшін мына теңдеу пайдаланылады.Nu=0.43Re0.33 Pr0.43 Gr0.1 (Pr/Prқаб)0.25. (2.12)Бұл теңдеу l/d>50 болған кезде дұрыс, мұндағы l -құбыр ұзындығы, м. Анықталмаған шама ретінде каналдың эквивалентті диаметрі dэ алынған. Агрегаттық жағдай өзгергендегі жылуберу. Жылуалмасу үдерісінде көп жағдайда қыздырылатын немесе суытылатын заттар өздерінің агрегаттық жағдайын өзгертеді: буланады, суланады, балқиды немесе кристалданады. Жылуалмасу үдерісінің мұндағы ерекшелігі сол, мұндағы жылу заттарға тұрақты температура кезінде беріледі немесе алынады, ал оның таралуы бір фазада емес, екі фазада өтеді. Жылуберудің осы ерекшелігін ескеруде қосымша ұқсастық сан алады. ∆t=tқаныққан–tқабырға, яғни мұндағы бу өзінің қанығу температурасынан төмен температуралы қабырғамен жанасып конденсацияланудағы температуралар айырымы. К -фазалар шекарасындағы агрегаттық жағдайдың өзгеруі салдарынан болатын ағатын сұйықтың салыстырмалы өзгеру мөлшерін сипаттайды. Басқаша айтқанда, заттың агрегаттық күйінің өзгерісін сипаттайды.
Жылулық сəуле шығару үдерісіМына жағдайларда:Егер A=1, (R=D=0) -денеге түскен сəуленің барлығы сіңіріледі. Абсолюттік қара дене деп аталады.Егер R=1, (A=D=0) -денеге түскен сəуленің барлығы шағылысады. Абсолюттік ақ дене деп аталады.Егер D=1, (A=R=0) – денеге түскен сəуленің барлығы өтіп кетеді. Абсолюттік мөлдір дене деп аталады.Табиғатта мұндай жеке абсолюттік қасиеттері бар денелер жоқ. Олар бірлескен күйде болады. Мысалы қатты денелер үшін D=0, R+A=1. Нақты жағдайларда денеге түскен сəулелік энергияның бір бөлігі шағылысады, бір бөлігі өтіп кетеді, ал бір бөлігі сіңіріледі. Мұндай денелерді сұр денелер деп атайды.Беті F дененің τ уақытта шығаратын сəулелі энергия мөлшері дененің сəуле шығару қабілеттілігі деп аталады. Жылулық сəуле шығару үдерісін бірнеше заңдар сипаттайды. Стефан-Больцман заңы: абсолюттік қара дененің сəуле шығару қабілеттілігі оның абсолюттік температурасының төртінші дəрежесіне тура пропорционал. Стефан-Больцман заңын сұр денелерге де қолдануға болады. Сұр дененің сəуле шығару коэффициентінің абсолюттік қара дененің сəуле шығару коэффициентіне қатынасы салыстырмалы сəуле шығару қабілеттілігі немесе сұр дененің қаралық дəрежесі деп аталады.Сұр дененің сəуле шығару жəне сəулені сіңіру қабілеттілігі арасындағы байланысты Кирхгоф заңы бойынша табады. Кирхгоф заңы абсолюттік қара дене мен сұр дененің арасындағы сəуле алмасуынан алынған, яғни бірдей температурадағы кез-келген дененің сəуле шығару қабілеттілігінің сəуле сіңіру қабілеттілігіне қатынасы тұрақты шама болады жəне ол абсолютті қара дененің сəуле шығару қабілеттілігіне тең. Күрделі жылуалмасу. Көптеген жағдайларда жылу үдерістеріндегі жылу таралуы бір мезгілде жылуөткізгіштік, конвекция жəне жылулық сəуле шығару үдерісінің екеуі немесе үшеуінің қатысуымен өтеді. Осындай жылуалмасу үдерістерін күрделі жылуалмасу деп атайды.Жылуөту үдерісіЖылу үдерістерінде жылу бір жылутасымалдағыштан екінші жылутасымалдағышқа өтеді жəне ол көптеген жағдайларда, оларды бөлетін қабырға арқылы беріледі. Бұл жағдайда бір жылутасымалдағыштан қабырғаға жəне қабырғадан екінші жылутасымалдағышқа конвекциямен, ал қабырға арқылы жылуөткізгіштікпен беріледі. Осындай жылуалмасуды жылуөту деп атайды. Жылуөту коэффициентінің физикалық мəні: беті 1м2 болған қабырға арқылы температуралар айырмасы 1К жағдайында, температурасы жоғары жылутасымалдағыштан температурасы төмен жылутасымалдағышқа 1с уақыт ішінде өтетін жылу мөлшерін көрсетеді.
Жылуалмасу үдерістерінің қозғаушы күші. Жылуалмасу үдерістерінің қозғаушы күші ∆t болады. Жылу температурасы жоғары ортадан температурасы төменгі ортаға таралады. Осыған байланысты бір жылутасымалдағыштан екінші жылутасымалдағышқа өтетін жылу, ол жылутасымалдағыштардың қандай бағытта қозғалатынына байланысты орташа ∆t арқылы есептелінеді. Негiзгi жылутасымалдағыштардың ағу бағыты: бiр бағыттағы ағын; қарама-қарсы ағын; айқасқан ағын деп бөлінеді.Жылутасымалдағыштардың қарама-қарсы бағыттағы ағынындағы нобай басқа нобайлармен салыстырғанда ең жақсы жылуөту үдерісі болып табылады.Дәріс 13. Булану. Буландырғыштардың конструкциялары және буландырғыштардың схемалары. Буландырғыштардың материал және жылу баланстарыБулану (Испарение) -заттың сұйық немесе қатты агрегаттық күйден газ тәрізді (бу) күйге (бірінші текті фазалық ауысу) ауысуы. Cуқойманың су беті ылғалының булану арқылы атмосфераға көтеріліп, одан жауын-шашын түрінде қайта түсуі. Ылғалы мол аймақтардағы жауын-шашын қабаты булану қабатынан артып кетеді, сондықтан атмосферамен ылғал алмасу теңдестігінің оң (болымды), ал ылғал жетіспейтін аймақтардағы бұған керісінше жағдай; ылғал алмасу теңдестігінің теріс (болымсыз) құбылысы деп аталады;Cудың сұйық немесе қатты күйден газға (буға) айналу процесі, сұйықтықтан қоршаған кеңістікке өткен молекулалар саны мен беттің қайтадан жұтқан молекулалар саны арасындағы айырма. Кері жағдай, яғни бетте қайта жұтылған сұйықтық молекулаларының саны одан бөлінген молекулалар санынан көп болса, онда оны конденсация дейді. Қар мен мүз бетінен булануды немесе қатты фазадан сұйық фазаны айналып газ күйіне өтуді төте булану десе, ал қар бетіндегі сұйық фазаны айналып өтетін конденсацияны -сублимация дейді. Су беті немесе топырақтан булануды физикалық булану, ал өсімдіктердегі булану транспирациясын биологиялық булану деп бөледі.Қатты дененің булануы сублимация деп аталады. Булану процесі кез келген температурада жүруі мүмкін, бірақ ол температура жоғарылаған сайын тезірек өтеді. Жабық ыдыстағы Булану процесі сұйықтықтың не қатты дененің үстіндегі кеңістік қаныққан буға толғанша тұрақты температурада жүреді. Қаныққан будың қысымы тек температураға ғана тәуелді және ол температура жоғарылаған сайын артып отырады. Егер қаныққан будың қысымы сыртқы қысымға тең не артық болса, онда булану қайнау процесіне айналады. Қайнаудың ең жоғары температурасы берілген заттың алмағайып температурасы болып есептеледі. Одан жоғары температурада сұйықтық пен будың арасындағы тепе-теңдік күй сақталмайды. Сұйықтық буға айналуы үшін оның құрамындағы молекулалар ілініс күшін жеңуі керек. Осы күшті жеңуге (шығу жұмысы) және түзілген сыртқы будың қысымын жеңуге жұмсалатын жұмыс молекулалардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы есебінен атқарылады. Булану салдарынан сұйықтықтың температурасы төмендеп, салқындайды, сондықтан Булану процесі тұрақты температурада жүруі үшін оған үнемі жылу беріп отыру керек. Заттың бірлік массасын тұрақты температурада буға айналдыруға қажетті жылу мөлшері булану жылуы деп аталады. Булану процесі техникада (іштен жанатын қозғалтқышта, салқындатқыш қондырғыларда, т.б.) кеңінен қолданылады. Булану табиғаттағы ылғал алмасудың негізі болып табылады.
Булану өлшегіштері - су бетінен булануды өлшеу үшін қолданылатын аспаптардың толық жинағы. Мұндай толық жинаққа буландырғыш ГГИ-3000, жер бетіндік көлемдік бюретка, өлшегіштік түтік керек.Б
улануды есептеу
(Расчет испарения) -жер бетінің ылғалдық булануы жөнінде нақты деректер болмаған кезде булану мөлшерін есептеулер арқылы анықтау тәсілі.Буланғыштық (Испаряемость) - белгілі бір метеорологиялық жағдайда жеткілікті ылғалданған, төселген беттен мүмкін болатын ең көп булану (буландыру бетіне су беру жылдамдығы қанша үлкен болса да) шамасы. Әдетте, Буланғыштық шамасы ретінде су бетінен булану мөлшерін немесе тұрақты толық ылғалданған топырақ бетінен булану шамасын алады. Суқойма бетінен буланған су қабатының қалыңдығымен (мм) өлшенеді. Топырақ пен өсімдік бетінен (әсіресе шөлдерде) буланудан айтарлықтай дәрежеде ерекшеленуі мүмкін. Буланғыштық -жердің бетінен және су айдынынан белгілі бір ауа райы жағдайында судың барынша булану мөлшерін сипаттайтын шартты өлшем. Буланғыштық мм-мен өлшенеді. Судың бетіндегі буланғыштық әрқашан нақты буланған су мөлшеріне тең. Құрлықта топырақ суға толық қаныққанда ғана нақты буланған су мөлшеріне тең болады. Буланғыштық өлшемі және оның жанама сипаттамалары жер бетіндегі ылғалдылық мөлшерін анықтайтын көрсеткіштердің бәріне кіреді. Заттың сұйық күйден газ күйіне өтуі булану, ал заттың газ күйінен сұйық күйге өтуі конденсация деп аталады. Булану процесінің заттың ішкі энергиясының артуымен, ал конденсация процесінің оның кемуімен қатар жүретінін еске сала кетейік. Демек, булану және конденсация зат пен қоршаған ортаның арасындағы энергия алмасу процесі кезінде өтеді екен. -Конденсация (газдың сұйыққа айналуы; лат. condensatio -тығыздалу, қоюлану) -заттың газ қалпынан сұйыққа айналуы немесе қатаюы. Конденсация белгілі бір шектеулі температурадан төмен жағдайда ғана болуы мүмкін. Мысалы, будың суға айналуы ылғалдылық молайып, температура төмендегенде, буға қаныққан ауаның қозғалысы температурасы жоғары жақтан төменге карай ығысуынан болады. Конденсация тұман және бұлт қалыптасуы түрінде білінеді. Конденсация температураның төмендеуінен немесе қысымының өзгеруінен болады. Булануға қарама-қарсы процесс.Булану кебу және қайнау түрінде жүреді.Кебу. Сұйықтың газ түріндегі ортамен немесе вакууммен шектесіп жататын еркін (ашық) бетінен пайда болатын булануды кебу деп атайды. Кебу процесін молекулалы-кинетикалық теория тұрғысынан қарастырайық. Өзіміз білетіндей, сұйық молекулаларының энергиясы артуы тиіс. Демек, сұйықты тастап кету үшін молекула өзінің кинетикалық энергиясының азаюы есебінен жұмыс атқарады. Сұйықың беткі қабатында хаосты қозғалып жүрген молекулалардың ішінен сұйықты тастап кетуге тырысатын молекулалар табылады. Осындай молекула беттік қабатты тастап шығар кезде оны сұйыққа қарай тартатын күш пайда болады. Сондықтан сұйықтан тек кинетикалық энергиясы қалыңдығы rм қабаттағы молекулалық күштердің қарсылығын жеңуге қажетті жұмыстан артық болатын молекулалар ғана ұшып шығады, мұндағы rм –молекулалық әрекет радиусы. Сұйықты тастап шыққан молекулалар жиынтығы оның бетіндегі буды түзеді. Сұйықты кинетикалық энергиясы біршама үлкен молекулалар тастап шығып, ал онда кинетикалық энергиясы төменірек болатын молекулалар қалатын болғандықтан, сұйықта қалатын молекулалардың ілгерлемелі қозғалысының Wк.ілг орташа кинетикалық энергиясы кебу кезінде азаяды, яғни кебу кезінде сұйық суйды.
Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/268315