Изопроцессы идеального газа.

Лекция 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕПЛОТЕХНИКИ

1.1. Основные понятия и определения.

Теплотехника – наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники.

Термодинамика базируется на двух основных законах:

I закон термодинамики - закон превращения и сохранения энергии;

II закон термодинамики – устанавливает условия протекания и направленность макроскопических процессов в системах, состоящих из большого количества частиц.

Изолированная система - т/д система не взаимодействующая с окружающей средой.

Адиабатная (теплоизолированная) система – система имеет адиабатную оболочку, которая исключает обмен теплотой (теплообмен) с окружающей средой.

Однородная система – система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства.

Первый закон термодинамики.

Этот закон является законом сохранения и превращения энергии:

"Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах".

Для термодинамических процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии т/д системы:

"Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение энергии системы и совершение работы".

Уравнение первого закона термодинамики имеет следующий вид:

Q = (U₂ – U₁) + L, (1.1)

где Q - количества теплоты подведенная (отведенная) к системе;

L - работа, совершенная системой (над системой);

(U₂ – U₁) - изменение внутренней энергии в данном процессе.
Если:
Q > 0 – теплота подводится к системе;
Q < 0 – теплота отводится от системы;
L > 0 –работа совершается системой;
L < 0 – работа совершается над системой.

Теплоемкость газа.

Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты в данном т/д процессе к вызванному этим изменениям температуры тела.

С = dQ / dT , [Дж /К] (1.2)

Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты.

Смесь идеальных газов.

Газовой смесью понимается смесь отдельных газов, вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси.

Парциальное давление – это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Второй закон термодинамики.

Первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту и не устанавливает условий, при которых возможны эти превращения.

Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью. Обратный процесс превращения теплоты в работу при непрерывном её переходе возможен только при определенных условиях и не полностью. Теплота сам собой может переходит от более нагретых тел к холодным. Переход теплоты от холодных тел к нагретым сам собой не происходит. Для этого нужно затратить дополнительную энергию.
Таким образом для полного анализа явления и процессов необходимо иметь кроме первого закона термодинамики еще дополнительную закономерность. Этим законом является второй закон термодинамики. Он устанавливает, возможен или невозможен тот или иной процесс, в каком направлении протекает процесс, когда достигается термодинамическое равновесие и при каких условиях можно получить максимальную работу.

Формулировки второго закона термодинамики:

Для существования теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий источник и холодный источник (окружающая среда). Если тепловой двигатель работает только от одного источника то он называется вечным двигателем 2-го рода.

1 формулировка: Вечный двигатель 2-го рода невозможен.

Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L>Q₁,

где Q₁ - подведенная теплота.

Первый закон термодинамики дает возможность создать тепловой двигатель полностью превращающий подведенную теплоту Q₁ в работу L, т.е. L = Q₁.

Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (L<Q₁) на величину отведенной теплоты – Q₂, т.е.:

L = Q₁ - Q₂. (1.3)

Вечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту Q₂ передать от холодного источника к горячему. Но для этого теплота самопроизвольно должна перейти от холодного тела к горячему, что невозможно. Отсюда следует 2-я формулировка: Теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более нагретому.

Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка: Там где есть разница температур, возможно совершение работы.

Вопросы для самоконтроля

1. Первый закон термодинамики.

2. Теплоемкость газа.

3. Газовая смесь.

4. Парциальное давление.

5. Второй закон термодинамики.

6. Изохорный процесс.

7. Изобарный процесс.

8. Изотермический процесс.

9. Адиабатный процесс.

10. Первый закон термодинамики для потока.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. [Электронный ресурс] 2010 URL: http://e.lanbook.com/view/book/3900/ (Дата обращения: 23.09.2013).

2. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).

3. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование. [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).

Дополнительная

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.

2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.

3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.

Лекция 2

ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ

Дросселирование.

Дросселированием называется явление, при котором пар или газ переходит с высокого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты. Такое явление происходит в трубопроводе, где имеется место сужения проходного канала (Рис. 6). При таком сужении, вследствие сопротивлений, давление за местом сужения - Р₂, всегда меньше давления перед ним – Р₁.

Рис. 2.2. Дросселирование газов.

Любой кран, вентиль, задвижка, клапан и прочие местные сопротивления, уменьшающие проходное сечение трубопровода, вызывают дросселирование газа или пара, следовательно, падение давления. В большинстве случаев это явление приносит вред. Но иногда оно является необходим и создается искусственно (в холодильных установках).

При прохождении газа через отверстие, кинетическая энергия газа и его скорость в узком сечении возрастают, что сопровождается падением температуры и давления.

Газ, протекая через отверстие, приходит в вихревое движение. Часть его кинетической энергии затрачивается на образование этих вихрей и превращается в теплоту. Кроме того, в теплоту превращается и работа, затраченная на преодоление сопротивлений (трение). Вся эта теплота воспринимается газом, в результате чего температура его изменяется (уменьшается или увеличивается).

В отверстие скорость газа увеличивается. За отверстием газ опять течет по полному сечению и скорость его вновь понижается. А давление увеличивается, но до начального значения оно не поднимается; некоторое изменение скорости произойдет в связи с увеличением удельного объема газа от уменьшения давления.

Дросселирование является необратимым процессом, при котором происходит увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела.

При дросселировании реальных газов энтальпия газа остается постоянной, энтропия и объем увеличиваются, давление падает, а температура изменяется (увеличивается, уменьшается или остается неизменной).

Свойства реальных газов.

Реальные газы отличаются от идеальных газов тем, что молекулы этих газов имеют объемы и связаны между собой силами взаимодействия, которые уменьшаются с увеличением расстояния между молекулами. При практических расчетах различных свойств реальных газов наряду с уравнением состояния применяется отношение:

P·n/(R·T)=c, (2.5)

где с-коэффициент сжимаемости.

Так как для идеальных газов при любых условиях P·n = R·T, то для этих газов с = 1. Тогда величина коэффициента сжимаемости выражает отклонение свойств реального газа от свойств идеального. Величина с для реальных газов в зависимости от давления и температуры может принимать значения больше или меньше единицы и только при малых давлениях и высоких температурах она практически равна единице. Тогда реальные газы можно рассматривать как идеальные.

В связи с отличием свойств реального газа от свойств идеального газа нужно иметь новые уравнения состояния, которые связывали бы значения P, х, T и давали бы возможность рассчитывать некоторые свойства газов для разных условий.

Тогда расчетное уравнение имеет вид:

P·n = R·(1 – А/n - B / n²), (2.6)

где А и В - первый и второй вириальные коэффициенты, являющиеся функцией только температуры.

Понятия о водяном паре.

Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной пар.

Пар - газообразное тело в состоянии, близкое к кипящей жидкости.

Парообразование – процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.

Испарение – парообразование, происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости.

При некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением.

Обратный процесс парообразования называется конденсацией. Она также протекает при постоянной температуре.

Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией. Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией.

При испарении жидкости в ограниченном пространстве (в паровых котлах) одновременно происходит обратное явление – конденсация пара. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то наступает динамическое равновесие. Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром.

Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым. Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева. Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным паром.

В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар. Состояние такого пара определяется одним параметром - давлением.

Механическая смесь сухого и мельчайших капелек жидкости называется влажным паром.

Вопросы для самоконтроля

1. Диффузор.
2. Критическое давление.
3. Критическая скорость.
4. Сопло Лаваля.
5. Дросселирование.
6. Парообразование.
7. Испарение.
8. Сублимация.
9. Конденсация.
10. Закон Дальтона.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. [Электронный ресурс] 2010 URL: http://e.lanbook.com/view/book/3900/ (Дата обращения: 23.09.2013).
2. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
3. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование. [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).

Дополнительная

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.

Лекция 3

Основы теории теплообмена.

3.1. Основные понятия и определения.

Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Перенос теплоты может передаваться тремя способами:

• теплопроводностью;
• конвекцией;
• излучением (радиацией).

Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии.

Конвекция – это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Этот вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение э/м волн в пространстве, поглощение энергии излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно-кондуктивным теплообменом.

Совокупность всех трех видов теплообмена называется сложным теплообменом.

Процессы теплообмена могут происходит в различных средах: чистых веществах и разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния рабочих сред и т.д. В зависимости от этого теплообмен протекает по разному и описывается различными уравнениями.

Процесс переноса теплоты может сопровождаться переносом вещества (массообмен). Например испарение воды в воздух, движение жидкостей или газов в трубопроводах и.т.п. и.т.д. Тогда процесс теплообмена усложняется, так как теплота дополнительно переносится с массой движущегося вещества.

Вопросы для самоконтроля

1. Теплопроводность.

2. Конвекция.

3. Теплоотдача.

4. Излучение.

5. Температурное поле.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. [Электронный ресурс] 2010 URL: http://e.lanbook.com/view/book/3900/ (Дата обращения: 23.09.2013).
2. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
3. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование. [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).

Дополнительная

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.

Лекция 4

Основы теории теплообмена.

Закон Ньютона-Рихмана.

Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона-Рихмана, которая гласит, что количество теплоты, передаваемая конвективным теплообменом прямо пропорционально разности температур поверхности тела (t_'ст) и окружающей среды (t_'ж):

Q = α · (t_'ст - t_'ж)·F, (4.4)

или

q = α · (t_'ст - t_'ж), (4.5)

где: коэффициент теплоотдачи [Вт/(м²К)], характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

Факторы, которые влияют на процесс конвективного теплообмена, включают в этот коэффициент теплоотдачи.

Для определения коэффициента теплоотдачи применяют экспериментальный метод исследования.

Достоинством экспериментального метода является: достоверность получаемых результатов; основное внимание можно сосредоточить на изучении величин, представляющих наибольший практический интерес.

Основным недостатком этого метода является, что результаты данного эксперимента не могут быть использованы, применительно к другому явлению, которое в деталях отличается от изученного. Поэтому выводы, сделанные на основании анализа результатов данного экспериментального исследования, не допускают распространения их на другие явления. Следовательно, при экспериментальном методе исследования каждый конкретный случай должен служить самостоятельным объектом изучения.

Тепловое излучение.

Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой длиной волны.

В зависимости от длины волны l лучи обладают различными свойствами. Из всех лучей наибольший интерес для теплопередачи представляют тепловые лучи с l = (0,8 – 40) мк.

Лучеиспускание свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна 0°К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный лучистый теплообмен.

При температурном равновесии тел количество отдаваемой лучистой энергии будет равно количеству поглощаемой лучистой энергии. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен. Эти тела испускают лучи всех длин волн от малых до больших.

Спектр излучения газов имеет линейчатый характер. Газы испускают лучи не всех длин волн. Такое излучение называется селективным (избирательным). Излучение газов носит объемный характер.

Суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным лучистым потоком (Q).

Интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется излучательной способностью тела и обозначается:

Е = dQ / dF , [вт/м²]. (4.6)

где dQ - элементарный лучистый поток, испускаемый элементом поверхности dF.

Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать через себя падающие лучи от другого тела. Если обозначить общее количество лучистой энергии, падающей на тело, через Q, то часть энергии, равная А, поглотится телом, часть, равная R, отразится, а часть, равная D, пройдет сквозь тело. Отсюда

Q = Q_A + Q_R + Q_D, (4.7)

или

A + R + D = 1. (4.8)

Величину А называют коэффициентом поглощения. Он представляет собой отношение поглощенной лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Величину R называют коэффициентом отражения. R есть отношение отраженной лучистой энергии ко всей падающей. Величину D называют коэффициентом проницаемости. D есть отношение прошедшей сквозь тело лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Для большинства твердых тел, практически не пропускающих сквозь себя лучистую энергию, А + R = 1.
Если поверхность поглощает все падающие на нее лучи, т. е. А = 1, R = 0 и D = 0, то такую поверхность называют абсолютно черной. Если поверхность отражает полностью все падающие на нее лучи, то такую поверхность называют абсолютно белой. При этом R = 1, А = О, D = 0. Если тело абсолютно проницаемо для тепловых лучей, то D = 1, R = 0 и A = 0. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее понятие о них является очень важным для сравнения с реальными поверхностями.

Кварц для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых лучей прозрачен. Каменная соль прозрачна для тепловых лучей и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей. Оконное стекло прозрачно для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых почти непрозрачно. Белая поверхность (ткань, краска) хорошо отражает лишь видимые лучи, а тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная. Таким образом, свойство тел поглощать или отражать тепловые лучи зависят в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета.

Если поверхность отражает лучи под тем же углом, под которым они падают на нее, то такую поверхность называют зеркальной. Если падающий луч при отражении расщепляется на множество лучей, идущих по всевозможным направлениям, то такое отражение называют диффузным (например поверхность мела).

При исследовании лучистых потоков большое значение имеет распределение лучистой энергии, испускаемой абсолютно черным телом по отдельным длинам волн спектра.

Вопросы для самоконтроля

1. 1Закон Фурье.
2. Конвективный теплообмен.
3. Закон Ньютона-Рихмана.
4. Лучистая энергия.
5. Излучательная способность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. [Электронный ресурс] 2010 URL: http://e.lanbook.com/view/book/3900/ (Дата обращения: 23.09.2013).

1. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
2. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование. [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).

Дополнительная

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.

Лекция 5

Теплопередача.

Вопросы для самоконтроля

1. Теплопередача.

2. Коэффициент теплопередачи.

3. Полное термическое сопротивление теплопередачи.

4. Теплообменный аппарат.

5. Горение топлива.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. [Электронный ресурс] 2010 URL: http://e.lanbook.com/view/book/3900/ (Дата обращения: 23.09.2013).
2. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
3. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование. [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).

Дополнительная

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.

Лекция 6

Применение тепла.

Теплообменные аппараты.

Устройства преднахначенные для передачи теплоты от одной среды к другой называются теплообменными аппаратами или теплообменниками. Теплоносители – среды участвующие в процессе теплообмена. В зависимости от конструкии подразделяются на: поверхностные, контактные и с внутренним источником теплоты.

Поверхностные теплообменники это устройства, в которых теплообмен происходит через разделительную стенку, в свою очередь они подразделяются на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные теплообменники это устройства где два теплоносителя с различными температурами текут в пространствах, разделенных стенкой (калориферы, парогенераторы и т.д.).

Регенеративные теплообменники это устройства, в которых одна и та же поверхность нагрева последовательно омывается горячей и холодной водой (воздухоподогреватели доменных печей). Передача тепла осуществляется с помощью аккумуляторов теплоты (керамика, металлическая стружка и т.д.)

Смесительные теплообменники это устройства, в которых процесс тепломассообмена происходит при непосредственном соприкосновении и перемешивании теплоносителей (градирни, деаэраторы).

Теплообменники с внутренними источниками теплоты это устройства с одним теплоносителем, отводится теплота выделенная в самом теплообменнике (электронагреватели, ядерные реакторы).

Наиболее распространены рекуперативные теплообменники, простейшим представителем является теплообменник « труба в трубе», (рис.6.1)

в котором один из теплоносителей проходит по внутренней трубе, второй – в кольцевом зазоре между трубами, применяется при небольших значениях теплового патока.

Другим распространенным является кожухотрубный рекуперативный теплообменник (рис. 6.3). Представляет собой трубу большого диаметра, к торцам которой приварены диски с отверстиями (трубные доски или решетки), в которые вставлены трубы малого диаметра. Трубные решетки закрыты крышками со штуцерами. Один теплоноситель проходит по трубному пространству теплообменника (I), а другой по межтрубному пространству (II).

К рекуперативным аппаратам также относится пластинчатый теплообменник, представляющий собой собранный в пакет набор гофрированных пластин (рис. 6), омываемых с одной стороны горячим теплоносителем, а с другой холодным.

В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей теплообменники рекуперативного типа подразделяются на прямоточные, противоточные и перекрестные.

В прямоточных теплоносители движутся в одном направлении, в противоточных в противоположных, в перекрестных в перекрестном направлении.

Теплообменники на базе радиаторов относятся к рекуперативным, где горячий теплоноситель вода, а холодный воздух. Если радиаторы устанавливаются в горизонтальном канале, то они смещаются друг относительно друга и заключаются в кожух (рис. 6.5). Если в вертикальном канале, то устанавливаются наклонно в форме двухскатной крыши (рис. 6.6).

Способы сушки.

Сушка-процесс удаления жидкости из материала. Способы сушки: естественный и искусственный. При естественном способе сушка осуществляется атмосферным воздухом или солнечной энергией. Искусственный осуществляется в сушильных машинах за счет передачи тепловой энергии от сушильного агента к материалу. Методы сушки (в зависимости от способа передачи тепла): конвективный, кондуктивный, контактный, радиационный и комбинированный.

Сущность конвективного метода (нагретым воздухом или смесью воздуха с топочными газами) заключается в использовании разности парциальных давлений пара, в сушильном агенте и пара над материалом. Процесс сушки тем интенсивнее, чем боль разница давлений. В этом методе сушильный агент проходя через материал нагревая его поглощает влагу.

При кондуктивной сушке нагретый пар проходит по трубам, на которых расположен материал. В результате испаряющаяся влага поглощается окружающим воздухом. Применяется при подсушке зерна перед помолом.

При контактной сушке удаление влаги происходит путем поглощения ее абсорбентами (материалы обладающие хорошей гигроскопичностью). Он трудоемок, но обеспечивает сохранение качества зерна.

При радиационном методе инфракрасное излучение проникает в материал и вызывает его нагрев. Источником являются лампы или нагретые металлические или керамические панели.

При комбинированной сушке происходит сочетание конвективного, контактного и других методов. Конвективно-контактный метод заключается в чередовании нагрева и охлаждении высушиваемого материала.

Вопросы для самоконтроля

1. Теплопередача.
2. Коэффициент теплопередачи.
3. Полное термическое сопротивление теплопередачи.
4. Теплообменный аппарат.
5. Горение топлива.
6. Рекуперативные теплообменники.
7. Регенеративные теплообменники.
8. Смесительные теплообменники.
9. Кондуктивная сушка.
10. Контактная сушка.
11. Радиационная сушка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Теплотехника. [Электронный ресурс] 2010 URL: http://e.lanbook.com/view/book/3900/ (Дата обращения: 23.09.2013).
2. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
3. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование. [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).

Дополнительная

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.

Лекция 7

СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ.

Способы охлаждения

Для получения холода используются безмашинные и машин­ные способы охлаждения. Безмашинные способы охлаждения ос­новываются на плавлении, испарении, сублимации.

В безмашинных способах охлаждения используются готовые хладоносители (водный, эвтектический и сухой лед, сжиженные газы, воздух). Установки, работающие на готовых хладоносителях, про­сты по устройству и, следовательно, наиболее доступны, но они имеют существенные недостатки: полную зависимость от возмож­ности и условий получения хладоносителей; большой объем гру­зовых работ, связанных с зарядкой хладоносителями и поддержа­нием гигиены в охлаждаемых помещениях.

Недостатки, свойственные безмашинным способам охлажде­ния, отсутствуют у машинных способов, когда энергия (механи­ческая, тепловая, электрическая) поступает извне.

По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подраз­деляются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлек­трические. Компрессионные машины используют механическую энергию; теплоиспользующие — тепловую от источников теплоты, температура которых выше окружающей среды; термоэлект­рические — электрическую.

При охлаждении в компрессионных и теплоиспользующих ма­шинах теплота переносится в результате совершаемого рабочим телом — холодильным агентом (хладагентом) обратного кругово­го процесса, а в термоэлектрических — при воздействии потока электронов на атомы вещества.

Охлаждение в термоэлектрических машинах основано на тер­моэлектрическом эффекте, известном как эффект Пельтье, за­ключающемся в том, что при пропускании постоянного электри­ческого тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников или полупроводников, один из спаев нагревается (горячий спай), а другой охлаждается (холодный спай). Для того чтобы холодный спай термоэлемента имел постоянную низкую температуру и был источником холода, горячий спай нужно ох­лаждать. В этом случае система представляет собой холодильный агрегат, в котором электрический ток переносит энергию от хо­лодного спая термоэлемента к горячему. Количество перенесенной энергии пропорционально силе тока в цепи термоэлемента. Изменение полярности электрического тока приводит к переме­не мест холодного и горячего спаев. Основной показатель качества термоэлемента — коэффициент добротности (эффективности вещества), определяющий максимальную разность температур го­рячего и холодного спаев. К достоинствам такого рода устройств можно отнести непосредственное использование электрической энергии для переноса теплоты без промежуточных веществ и ме­ханизмов; бесшумность и автономность работы; компактность и простоту автоматизации и обслуживания. Однако они значитель­но дороже других холодильных машин.

В зависимости от вида рабочего тела (холодильного агента) холодильные машины, в основе принципа действия которых ле­жит обратный цикл Карно, подразделяют на паровые и газовые.

В испарителе паровой холодильной машины происходит испа­рение рабочего тела при переходе к нему теплоты от охлаждаемо­го объекта, а в конденсаторе — его конденсация при переходе теплоты от рабочего тела в окружающую среду (в воздух или воду).

В качестве рабочего тела в паровых холодильных машинах ис­пользуют аммиак и хладоны — фтористые и хлористые производ­ные предельных углеводородов, в газовых — воздух.

В зависимости от способа подачи рабочего тела в конденсатор холодильные машины подразделяют на компрессионные, абсорб­ционные, сорбционные и пароэжекторные. В компрессионных хо­лодильных машинах рабочий цикл совершается за счет механи­ческой работы компрессора, в абсорбционных, сорбционных и пароэжекторных — за счет затрат теплоты.

Для получения требуемых температур кипения и конденсации рабочего тела используют одноступенчатые, многоступенчатые и каскадные паровые компрессионные машины. Соответственно в одноступенчатых используют один, в многоступенчатых и каскад­ных — два компрессора и более, которые обеспечивают осуще­ствление холодильного цикла в каждой ступени машины. Для хол