Учебная работа. Разница между интенсивными и экстенсивными параметрами состояния

Учебная работа. Разница между интенсивными и экстенсивными параметрами состояния

19

Содержание

1. задачка 1

2. Задачка 2

3. Задачка 3

4. Задачка 4

5. Задачка 5

6. Контрольные вопросцы

Перечень использованной литературы

1. задачка 1

Водяной пар с параметрами x1=0,92, v1=1м3/кг изменяет состояние в процессе p=const. Характеристики пара в конце процесса: t2=450°C.

Найти и высчитать:

— состояние и характеристики пара сначала и в конце процесса;

— работу процесса и количество теплоты, участвующее в нем;

— изменение внутренней анергии, энтальпии и энтропии.

состояние и характеристики пара сначала процесса

x1=0,92

v1=1м3/кг

p=const

h1=2520кДж/кг

s1=6,75кДж/(кг*К)

р1=2.4=0.24МПа;

t1=100°C

состояние: мокроватый насыщенный пар (х<1)

Состояние и характеристики пара в конце процесса

t2=450°C

x2=отсутствует

v2=2,1м3/кг

h2=3390кДж/кг

s2=8,47кДж/(кг*К)

р2= р1=2.4=0.24МПа;

состояние: перегретый пар (x=отсутствует)

работа процесса l= p(v2 — v1 ) = 240(2.1-1) = 264кДж/кг

Изменение внутренней анергии

ДU = h2 — h1 — (р2 v2 — р1 v1) = 3390-2520-(240*2.1-240*1) = 606 кДж

количество теплоты, участвующее в процессе

q= ДU + l = 606+264=810кДж

2. задачка 2

Мокроватый воздух массой М=11кг при давлении 745 мм.рт.ст с относительной влажностью ц1=5% и при температуре t1=70°C изменяет свое состояние по процессу d=const.

Найти все недостающие характеристики воздуха сначала и в конце процесса (энтальпию, температуру, относительную влажность, точку росы, влагосодержание) и высчитать газовую постоянную воздуха, молекулярную массу и количество теплоты, участвующее в процессе.

t1 = 70°C

ц1=5%

d1= const=10 (г/кг св)=0,01 (кг/кг св)

h1=91 кДж/(кг св)

tp=12°C

pп=1.5кПа=12 мм.рт.ст.

рн1=1500кПа/5%=12 мм.рт.ст/0,05=240 мм.рт.ст

t2 = 20°C

ц2=70%

d2= d1=0,01 (кг/кг св)

h2=42 кДж/(кг св)

tp=12°C

pп=1.5кПа=12 мм.рт.ст.

рн2=17 мм.рт.ст

Мвв= 28,95 — 10,93 (ц* рн )/В =28,95 — 10,93 рп /В = 28,95 — 10,93 (12/745) = 28,7739 кг/моль

Rвв = 286,7+462*d = 286,7+462*0,01=291,32 Дж/кг*К

Q = С*М*Дt = M(h1 — h2) = 11 (91-42) = 539 кДж

3. задачка 3

Трехслойная панель с 2-ух сторон омывается воздухом.

Найти общее сопротивление теплопередачи конструкции, плотность термического потока, температуры на поверхностях панели и на границах слоев и толщину зоны промерзания конструкции, если

д1= 0,06м

д2= 0,21м

д3= 0,03м

tж1=20°C

б1= 3 Вт/(м2*К)

л1=0,9 Вт/ (м*К)

л2=0,06 Вт/ (м*К)

л3=0,7 Вт/ (м*К)

tж2= -28°C

б2= 4,0 Вт/(м2*К)

Общее сопротивление теплопередачи конструкции

R0 = Rв + R1+ R2+…+ Rн

Rв=

Rн=

Rв=

R0=1/3 + 0.06/0.9 + 0.21/0.06 + 0.03/0.7 + ј = 4.193 (мІ·°C/Вт)

плотность термического потока

q = К* (tж1- tж2) = = = 11,448 Вт

t1= 20 — 11.448 (1/3)=16.184°C

t2= 20 — 11.448 (1/3+0,06/0,9)=8,0°C

t1= 20 — 11.448 (1/3+0,06/0,9+0,21/0,06)=-24,647°C

t1= 20 — 11.448 (1/3+0,06/0,9+0,21/0,06+0,03/0,7)=-25,138°C

Толщина зоны промерзания

д пр= д3+ дх

q = (t0-t3)/ (дх /0.06)

11.448=(0-(-24.647))/ (дх /0.06)

(дх /0.06)=24.647/11.448

(дх /0.06)=2.1529

дх =0.129 м

д пр= 0,03+ 0,129=0,189м

4. задачка 4

Железобетонная панель высотой 2,9м с температурой на поверхностях 80°C охлаждается воздухом с температурой 10 °C за счет естественной конвекции и термического излучения. Степень черноты поверхности 0,7.

Высчитать общий коэффициент теплоотдачи у поверхности панели.

Решение

Общий коэффициент теплоотдачи б0=бл+бконв

бл = (Вт/м2*К)

бл = = 5,19 (Вт/м2*К)

температура пограничного слоя tf = °C

tf = = 45 °C

Аспект Грисгофа

Gr= ;

Где — температурный напор ()

— коэффициент кинематической вязкости среды

Pr = — аспект Прандтля (можно принимать из таблиц)

— коэффициент кинематической вязкости среды

— коэффициент температуропроводности;

Где — коэффициент теплопроводимости пограничного слоя;

С — теплоемкость;

— плотность

№

Gr *Pr

С

n

1

10-3ч5*102

1.18

1/8

2

5*102ч2*107

0.54

1/4

3

2*107ч1*1013

0.135

1/3

Gr= = =0.2055*1012 ;

= 0,0276(Вт/м*К)

Pr= 0,699

Gr *Pr = 0,2055*1012*0,699= 0,1436*1012

С = 0,135

n = 1/3

Критериальное уравнение конвективного термообмена при вольной конвекции

Nu = С* (Gr*Pr)n

Где

Nu — аспект Нуссельта — охарактеризовывает интенсивность конвективного термообмена;

Nu =

Где l — определяющий размер

— коэффициент теплопроводимости

Nu = 0,135* (0,1436*1012)1/3 = 707,4

707,4=

= 6,806 Вт/м2*К

б0=бл+бконв= 5,19+6,806=11,99 Вт/м2*К

5. задачка 5

Бетонная панель шириной 0,35м с теплофизическими чертами л = 0,7 Вт/(м*К), с = 0,9 кДж/(кг*К), с = 800кг/м3 имеет в исходный момент времени температуру t0= 85 °C. Панель охлаждается с 2-ух сторон воздухом с температурой tж= 5°C и коэффициентами теплоотдачи б1= 6,5 Вт/(м2*К) и б2= 3,5 Вт/(м2*К).

Высчитать способом конечных разностей распределение температуры по сечению через ф=6 часов и количество отданной теплоты.

Принимаем количество слоев n=5

Толщина всякого из их равна:

= 0.35/5 = 0.07м

Коэффициент температуропроводности а

= = 0,0035

= = 0,7 ч

= 6/0.7=8.57

Для определения температуры внутренних слоев воспользуемся формулой

=

Для определения температуры внешних слоев воспользуемся формулой:

=

Результаты вычислений сводим в таблицу:

№

n-1

n

n+1

n+2

n+3

0

85.0

85.0

85.0

85.0

85.0

0.7

53.5

85.0

85.0

85.0

64.3

1.4

43.9

69.2

85.0

74.6

56.6

2.1

41.0

64.5

71.9

70.8

53.7

2.8

36.2

56.5

67.6

62.8

47.8

3.5

33.4

51.9

59.7

57.7

44.1

4.2

30.2

46.5

54.8

51.9

39.7

4.9

27.7

42.5

49.2

47.3

36.3

5.6

25.3

38.5

44.9

42.8

33.0

6.3

23.2

35.1

40.6

38.9

30.1

количество отданной теплоты рассчитаем по формуле:

Q= C*с* (tн — tк) кДж/м3

tк = = (23.2+35.1+40.6+38.9+30.1)/5 = 33.6 °C

Q=0.9*800*(85-33.6)= 37009.7 кДж/м3

6. Контрольные вопросцы
1 Какая разница меж интенсивными и экстенсивными параметрами состояния?

характеристики состояния — физические величины, характеризующие состояние термодинамической системы в критериях термодинамического равновесия.

Различают экстенсивные характеристики состояния (обобщенные координаты, либо причины емкости), пропорциональные массе системы, и интенсивные характеристики состояния (обобщенные силы, причины интенсивности), не зависящие от массы системы.

Экстенсивные характеристики состояния — характеристики (объём, внутренняя энергия, энтропия и др.), значения которых пропорциональны массе термодинамической системы либо её объёму (т. е. системы). т.е. экстенсивные характеристики состояния владеют свойством аддитивности. Отнесение экстенсивного параметра состояния к единице массы либо 1 молю вещества присваивает ему свойство интенсивного параметра состояния, именуют удельной либо молярной величиной соответственно.

Интенсивные характеристики состояния — характеристики (давление, температуpa, концентрация и др.), не зависящие от массы системы, т. е. имеющие схожие значения для хоть какой макроскопической части однородной термодинамической системы, находящейся в равновесии. Эти величины не аддитивны, системы.

2. H-d- диаграмма мокроватого воздуха

Н—d-диаграмма мокроватого воздуха — диаграмма, обширно применяемая в расчетах систем вентиляции, кондиционирования, осушки и остальных действий, связанных с конфигурацией состояния мокроватого воздуха.

Н—d-диаграмма в первый раз была составлена в 1918 году русским инженером-теплотехником Рамзиным.

Н—d-диаграмма мокроватого воздуха графически связывает все характеристики, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что дозволяет расширить область ненасыщенного мокроватого воздуха и делает диаграмму комфортной для графических построений.

По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха.

Поле диаграммы разбито линиями неизменных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также полосы неизменных значений температуры t = const, которые не параллельны меж собой — чем выше температура мокроватого воздуха, тем больше отклоняются ввысь его изотермы.

Не считая линий неизменных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены полосы неизменных значений относительной влажности воздуха ц = const.

В нижней части I—d-диаграммы размещена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара pп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара pп.

3. Что понимается под конвективным термообменом?

понятие конвективного термообмена обхватывает процесс термообмена при движении воды либо газа. При всем этом перенос теплоты осуществляется сразу конвекцией и теплопроводимостью. Под конвекцией теплоты соображают перенос теплоты при перемещении макрочастиц воды либо газа в пространстве из области с одной температурой в область с иной температурой. Конвекция вероятна лишь в подвижной среде, тут перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

Конвективный термообмен меж потоками воды либо газа и поверхностью соприкасающегося с ними тела именуется конвективной теплоотдачей (теплоотдачей).

Различают вольную и принужденную конвекцию. В случае вольной конвекции движение в рассматриваемом объеме воды возникает за счет неоднородности в нем массовых сил. К примеру, если жидкость с неоднородным распределением температуры, и, как следствие, с неоднородным распределением плотности находится в поле земного тяготения, то в ней возникает свободное гравитационное движение.

Принужденное движение рассматриваемого размера воды происходит под действием наружных поверхностных сил, приложенных на его границах, за счет за ранее сообщенной кинетической энергии (к примеру, за счет работы насоса, вентилятора, ветра).

Принужденное движение может, в общем случае, может сопровождаться вольным. Относительное воздействие крайнего тем больше, чем больше разница температур отдельных частиц среды и чем меньше скорость принужденного движения. При огромных скоростях принужденного движения воздействие вольной конвекции становится пренебрежимо не много.

Конвективный термообмен (КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта))- сложное явление распространения либо передачи теплоты вместе конвекцией и теплопроводимостью. Важным видом КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта) является теплоотдача.

Теплоотдача — обмен термический энергией меж жесткой поверхностью и подвижным теплоносителем.

В общем случае коэффициент теплоотдачи переменен по поверхности F. Он зависит от огромного количества причин и является функцией формы и размеров тела, режима движения, скорости и температуры воды, физических характеристик воды и остальных величин. По-разному протекает процесс теплоотдачи зависимо от природы появления движения воды.

Чтоб привести жидкость в движение, к ней нужно приложить силу. Силы, действующие на жидкость, можно поделить на массовые (либо большие) и поверхностные. Массовыми именуют силы, приложенные ко всем частичкам воды и обусловленные наружными силовыми полями (к примеру, сила тяжести). Поверхностные силы появляются вследствие деяния окружающей воды либо жестких тел; они приложены к поверхности контрольного размера воды. Таковыми силами являются силы наружного давления и силы трения.

Естественная (вольная) конвекция возникает под действием неоднородного поля наружных массовых сил (сил гравитационного, инерционного, магнитного, либо электронного поля), приложенных к частичкам воды снутри системы.

Принужденная конвекция возникает под действием наружных поверхностных сил, приложенных на границах системы, либо под действием однородного поля массовых сил, работающих в воды снутри системы. Принужденная конвекция может осуществляться также за счет припаса кинетической энергии, приобретенной жидкостью вне рассматриваемой системы.

4. Какие есть виды конденсации и чем они различаются друг от друга?

Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое либо жесткое при докритических параметрах; фазовый переход первого рода. Конденсация — экзотермический процесс, при котором выделяется теплота фазового перехода — теплота конденсация Конденсированная фаза может создаваться в объеме пара либо на поверхности твердого тела и воды, имеющих наиболее низкую температуру, чем температура насыщения пара при данном давлении. Конденсация происходит при изотермическом сжатии, адиабатическом расширении и охлаждении пара либо одновременном снижении его давления и температуры, которое приводит к тому, что конденсированная фаза становится термодинамически наиболее устойчивой, чем газообразная. Если при всем этом давление и температура выше, чем в тройной точке для данного вещества, появляется жидкость (сжижение), если ниже — вещество перебегает в жесткое состояние, минуя жидкое (десублимация).

Конденсация обширно применяется в хим. технологии для разделения консистенций средством конденсации фракционной, при сушке и чистке веществ и др., в энергетике, к примеру в конденсаторах паровых турбин, в холодильной технике для конденсация рабочего тела, в опреснительных установках и др. При конденсации паров в узеньких порах адсорбентов крайние могут всасывать означает. кол-ва вещества из газовой фазы. Следствие конденсация водяного пара в атмосфере — дождик, снег, роса, иней.

Конденсация в жидкое состояние. В случае конденсации в объеме пара либо парогазовой консистенции (гомогенная конденсация) конденсированная фаза появляется в виде маленьких капель воды (тумана) либо маленьких кристаллов. Для этого нужно наличие центров конденсация, которыми могут служить весьма маленькие капельки воды (эмбрионы), образующиеся в итоге флуктуации плотности газовой фазы, пылинки и частички, несущие электронные заряд (ионы). При отсутствии центров конденсация пар может в течение долгого времени находиться в так именуемом метастабильном (пересыщенном) состоянии. Устойчивая гомогенная конденсация начинается при так именуемом критичном пересыщении Пкp=pк/pн где рк — сбалансированное давление, соответственное критичному поперечнику эмбрионов, рн — давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды (напр., для водяного пара в воздухе. очищенном от жестких частиц либо ионов. Пкр=5-8). Образование тумана наблюдается как в природе, так и в технологических аппаратах, к примеру при охлаждении парогазовой консистенции вследствие лучеиспускания, смешении мокроватых газов.

Конденсация на поверхности твердого тела насыщенного либо перегретого пара происходит при температуре поверхности, которая меньше, чем температура насыщения пара при его сбалансированном давлении над ней. Наблюдается в почти всех промышленных аппаратах, которые служат для конденсация мотивированных товаров, обогрева разных сред, разделения паровых и парогазовых консистенций, остывания мокроватых газов и т.д. При сжижении пара на поверхности твердого тела, отлично смачивающейся конденсатом, появляется сплошная пленка воды (пленочная конденсация); на поверхности, не смачивающейся конденсатом либо смачивающейся отчасти, — отдельные капли (капельная конденсация); на поверхности с неоднородными качествами (напр., на полированной железной с окисленными грязными участками) — зоны, покрытые пленкой конденсата и каплями (смешанная конденсация).

При пленочной конденсации незапятнанных паров неметаллов коэффициент теплоотдачи определяется в главном тепловым сопротивлением пленки конденсата, которое зависит от режима ее течения. Крайний в случае фактически недвижного пара определяется числом Рейнольдса пленки: Rепл=wd/vк, где w, d — соотв. средняя по сечению скорость и толщина пленки конденсата, vк — кинематич. вязкость конденсата. Для конденсация на вертикальной пластинке либо трубе при Rепл наименее 5-8 течение пленки чисто ламинарное, при превышении этих значений Rепл — ламинарно-волновое, при Reпл>>350-400 — турбулентное. На вертикальных поверхностях значимые высоты могут наблюдаться области с разл. режимами течения пленки конденсата. При ламинарном течении повышение Reпл с возрастанием толщины пленки приводит к уменьшению коэф. теплоотдачи, при турбулентном течении — к его повышению. Если пар перегрет, конденсация сопровождается конвективной теплоотдачей от пара к конденсату, температура поверхности которого фактически равна температуре насыщения при давлении пара. Для веществ с большенный теплотой конденсация (напр., вода, спирты) теплота перегрева обычно ерундова по сопоставлению с теплотой конденсация, и ею можно пренебречь.

При капельной конденсации первичные маленькие капли, образовавшиеся на сухой вертикальной либо наклонной поверхности, вырастают в итоге продолжения процесса, слияния близко расположенных и касающихся друг друга капель и подтягивания к ним возникающей меж каплями и стремительно разрывающейся узкой пленки конденсата. Капли, достигшие «отрывного» поперечника, стекают вниз, объединяясь (коалесцируя) с нижележащими маленькими каплями, опосля что на освободившейся поверхности снова образуются маленькие капли, и цикл повторяется. Условия, определяющие самопроизвольное появление капельной конденсация, наблюдаются изредка. Обычно же для воплощения капельной конденсация на твердую поверхность наносят узкий слой лиофобизатора — вещества, владеющего низким поверхностным натяжением и несмачиваемого конденсатом (напр., жиры, воски). В случае капельной конденсация коэффициент теплоотдачи намного выше (в 5-10 раз и наиболее), чем при пленочной. Но поддержание в критериях эксплуатации промышленных аппаратов устойчивой капельной конденсация проблемно. Потому конденсац. устройства хим. индустрии, как правило, работают в режиме пленочной конденсация

Конденсация пара на поверхности воды такого же вещества происходит в технол. аппаратах на поверхности подаваемых в размер пара диспергированных (напр., при помощи распылит, форсунок) струй либо стекающих по насадке тонких пленок воды. Диспергирование либо распределение воды на тонкие пленки дозволяет очень развить поверхность контакта фаз. В ряде всевозможных случаев конденсация наблюдается при поступлении пара в размер воды в виде струй либо пузырьков (барботаж), также при образовании паровых пузырьков в объеме воды, к примеру при кавитации.

Конденсация пара из консистенции его с неконденсирующимися газами (либо неконденсирующимися при данной температуре парами) на поверхности твердого тела либо воды наименее интенсивна по сопоставлению с конденсация незапятнанного пара. Так как при конденсация из парогазовой консистенции температура и парциальное давление (концентрация) пара в ее осн. массе выше, чем на жесткой поверхности, в прилегающем к крайней слое консистенции (при движении консистенции — в пограничном слое) происходит кооперативный тепло- и массообмен. Если пар неподвижен, даже незначит. содержание в нем газа приводит к резкому понижению интенсивности конденсация По мере роста скорости (числа Рейнольдса Reсм) парогазовой консистенции воздействие газа на интенсивность процесса равномерно ослабляется.

При конденсации паров из многокомпонентных консистенций (паровых либо парогазовых) в газовой фазе также происходят взаимосвязанные тепло- и массоперенос. При всем этом действенный коэф. теплопроводимости консистенции и действенные коэф. диффузии ее отдельных компонент определяются природой и концентрациями др. компонент. В случае гомог. консистенции конденсатов на поверхности твердого тела происходит лишь пленочная конденсация, в случае гетерогенной — смешанная. Напр., при конденсация бинарной консистенции водяного пара и орг. вещества на жесткой поверхности появляется водянистая пленка этого вещества, покрывающаяся каплями воды.

Десублимация. В данном процессе конденсированная (жесткая) фаза не может стекать с поверхности твердого тела и толщина ее слоя безпрерывно растет. Потому процесс нестационарный и скорость его равномерно понижается. При проведении конденсация в глубочайшем вакууме (средняя длина своб. пробега молекул соизмерима с соответствующим размером аппарата), к примеру, при разделении паровых либо чистке парогазовых консистенций нужно учесть конфигурации механизма и закономерностей тепло- и массопереноса. Это приводит к изменению критерий конденсация незапятнанных паров и паров, содержащих примеси неконденсирующихся газов.

5. Что понимается под действием теплопередачи?

Теплопередача — физический процесс передачи термический энергии от наиболее жаркого тела к наиболее прохладному или конкретно (при контакте), или через разделяющую (тела либо среды) перегородку из какого-нибудь материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача термический энергии, либо теплопередача от 1-го тела к другому до пришествия термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла постоянно происходит от наиболее жаркого тела к наиболее прохладному, что является следствием второго закона термодинамики

Коэффициент теплопередачи (k, Вт/м2К) — это численная черта, определяющая количество тепла, передаваемое от нагревающего потока к нагреваемому в единицу времени через единицу поверхности плоской стены при разности температур в 1°

пар воздух теплоотдача термообмен

Перечень использованной литературы:

1. Н.Н. Лариков «Теплотехника» Москва, Стройиздат, 1985 г.;

2. программка, методические указания и задания к курсовой работе для студентов заочного обучения специальности 1-70 01 01 «Создание строй изделий и конструкций» БНТУ, Минск, 2006г

3. dic.academic.ru

4. ru.wikipedia.org

5. enc-dic.com

]]>