Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика
Контрольная работа
Теплотехника
Колебания
Свободные незатухающие
колебания
Затухание свободных
колебаний
Вынужденные колебания
Физика атомного ядра
Электротехнические материалы
Электромагнитное
взаимодействие
Квантооптические явления
Оптика
Волновая оптика
Электромагнитные волн
Принцип суперпозиции волн
Принцип Гюгенса
Интерференция света
Дифракция света
Опыт Майкельсона.
Теория аберрации Стокса
Интерференция
поляризованных лучей.
Физические основы механики
Молекулярная физика
и термодинамика
Молекулярно-кинетическая
теория
Электромагнетизм
Сложение колебаний
Электpостатика
Электpический заpяд
Закон Кулона
Потенциал
Пpоводники в
электpостатическом поле
Диэлектpики в электpическом
поле
Поток вектоpа напpяженности
Теоpема Гаусса
Электpическая емкость
Основные законы постоянного
тока
Проектирование электропривода
Энеpгия электpического поля
Электроника
Ядерная физика
История создания и развития
ядерной индустрии
Элементарные частицы
Теория относительности
Измерение заряда электрона
Ионизирующие излучения
Теория рассеяния альфа-частиц
в веществе
Ядерные реакции
Периодическая система элементов
Математика
Контрольная
Примеры решения интегралов
Высшая математика в экономике
Задачи
Комплексные числа
Дифференциальное и
интегральное исчисление
Интегралы
Графика
Архитектура
Курс лекций по истории искусства
Эпоха Возрождения
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
Основные задачи на прямую
и плоскость
Векторная алгебра
Исследование функции
и построение графика
Производная функции
Свойства комплексных чисел
Информатика
Лабораторные работы
Курс лекций по информатике
Локальная сеть

Пример 23. На наружной поверхности вертикальной трубы диаметром  мм и высотой  м конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении  бар. Температура поверхности трубы . Определить средний по высоте коэффициент теплоотдачи от пара к трубе и расход пара, конденсирующийся на поверхности трубы.

 Решение. Термодинамические свойства:  бар, ,  кДж/кг.

 Теплофизические свойства при :  кг/м3;  Вт/мК;

 м2/с; ; ; напор . Преобразуем уравнение (148) к размерному виду (для вертикальной трубы):

 Вт/(м2 ·К).

 Критерий Рейнольдса жидкой пленки .

 Коэффициент волнового течения пленки .

 Коэффициент переменности теплофизических свойств пленки

 .

 Средний коэффициент теплоотдачи  Вт/(м2 К).

 Основные закономерности совместного тепломассообмена. Теплообмен нередко сопровождается переносом массы вещества, т.е. массообменном (испарение, сушка, конденсация пара из парогазовой смеси и т.д.). Перенос вещества в смеси, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул, называется молекулярной диффузией. Плотность потока массы вещества , переносимого путем диффузии через смесь, определяется законом Фика, кг/м2

  (149)

где − коэффициент диффузии, м2/с; r - плотность смеси, кг/м3; − массовая концентрация данного вещества в смеси; − направление нормали к поверхности массообмена (поверхности одинаковой концентрации).

 Этот закон описывает концентрационную диффузию, возникающую вследствие неоднородности поля концентрации вещества, и по виду напоминает закон Фурье, что объясняется одинаковым механизмом переноса теплоты и вещества (в ряде случаев закон Фурье можно представить в виде ). Аналогична запись закона Ньютона для вязкого трения (переноса количества движения) в пограничном слое: напряжение трения между слоями жидкости (газа) . При соблюдении равенства коэффициентов переноса, (м2/с)  имеет место тройная аналогия между процессами переноса массы, количества движения и теплоты, т.е. наблюдается аналогия полей концентраций, скоростей и температур. При этом выполняются следующее соотношение:

 , (150)

где − диффузионный критерий Прандтля; − критерий Льюиса.

 Аналогия процессов переноса используется в расчетах совместного тепломассообмена – как первое приближение.

 В движущейся среде вещество переносится не только диффузией, но и конвекцией. Если система состоит из жидкой и газообразной фазы (например, при испарении жидкости в парогазовый поток (рис.19)), у поверхности раздела фаз образуется пограничный слой, в котором концентрация пара с жидкости изменяется от значения со на границе раздела до с¥ вдали от поверхности. Аналогично теплоотдаче, конвективный массообмен между жидкой и газообразной фазами называют массоотдачей. Для расчетов массоотдачи используют уравнение (кг/с·м2)

 , (151)

где  − коэффициент массотдачи, м/с;  − плотность парогазовой смеси, кг/м3. Поскольку на границе раздела фаз перенос вещества осуществляется только путем молекулярной диффузии, то

 . (152)

Рис.19 – Схема тепломассообмена при испарении жидкости

в парогазовый поток

 Приравнивая (149) и (151), получим дифференциальное уравнение массоотдачи на границе раздела фаз:

 . (153)

 По методу аналогии процессов тепломассообмена, критериальным уравнением теплоотдачи при вынужденном движении газа вдоль поверхности раздела в виде

  (154)

можно воспользоваться для расчета массоотдачи, заменив числа подобия  и на  и , т.е.

 , (155)

где − диффузионное число Нуссельта.

 В рассматриваемом случае испарения жидкости в парогазовый поток, текущей вдоль поверхности раздела, плотность теплового потока   складывается из потока тепла   и потока тепла , переносимого диффундирующим паром. При установившемся стационарном процессе вся передаваемая жидкости теплота расходуется на ее испарение:

 . (156)

 Установившаяся температура  на поверхности жидкости называется температурой адиабатного насыщения; величина  определяется из решения (156).

На главную