Перенос тепла в газах при высоких скоростях

ПЕРЕНОС ТЕПЛА В ГАЗАХ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ [c.327]

Если газ неоднороден по составу, температуре и скорости, то происходят процессы переноса, которые длятся до тех пор, пока газ не станет однородным. Перенос вещества в отсутствие потока всей его массы называется диффузией. Перенос тепла из областей с высокой температурой в области с более низкой температурой называется теплопроводностью, перенос количества движения из области более высокой скорости в область более низкой скорости вызывает явление вязкости. В каждом случае скорость потока пропорциональна скорости изменения некоторого свойства с расстоянием, т. е. градиенту. [c.276]

Особенности движения газа и частиц твердого вещества в псевдоожиженном слое приводят к эффективному перемешиванию твердой и газообразной фаз, интенсивность которого зависит от диаметра аппарата,. плотности слоя, размера частиц, скорости газа и других факторов. Зависимость коэффициента диффузии газа В от диаметра аппарата й представлена на рис. IV. 23, из которого видно, что значение этого коэффициента резко возрастает с увеличением диаметра аппарата. Такое перемешивание фаз в псевдоожиженном слое обусловливает высокую интенсивность процесса переноса тепла и позволяет, таким образом, весьма точно поддерживать равномерную температуру во всем реакционном объеме даже в случае процессов сопровождающихся значительным тепловым эффектом. [c.139]

Эксперимент можно осуществить в области относительно малых значений Reg при больших скоростях газа необходимо использовать источник тепла высокой интенсивности, что может привести к увеличению коэффициента теплопроводности из-за лучеиспускания и переносу тепла по радиусу, к стенкам аппарата. [c.344]

Перенос тепла остаточными газами в сосуде с вакуумной изоляцией может быть вычислен по уравнению (6). Наибольшая эффективность высоковакуумной изоляции достигается при давлениях ниже 1-10 з н м (0,75-10 мм рт. ст.). При таком давлении приток тепла не превышает 0,25 вт/м , что соответствует скорости испарения из сосуда на 5 дм жидкого кислорода около 0,25% в сутки. Из этого примера видно, что высокий вакуум является превосходным теплоизолятором. Тем не менее на практике потери кислорода из такого сосуда составляют обычно 8—10% в сутки. Основной причиной этого является перенос тепла излучением. [c.129]

Предположим, что перенос массы и тепла из объема газа к поверхности зерен катализатора до некоторой степени ограничивает скорости реакций и это может быть учтено с помощью множителя перед константой скорости. Этот множитель является постоянным для каждого отдельного слоя и входит в эффективность катализатора Ес. Отсутствие такого ограничения равносильно режиму работы реактора в условиях настолько высокой скорости потока, когда при дальнейшем возрастании скорости потока и соответствующем увеличении длины не происходит улучшения конверсии. [c.201]

Рассмотрим поток жидкости или газа, который движется внутри канала или обтекает погруженный в него твердый предмет. Предположим, что твердая поверхность, соприкасающаяся с потоком, имеет более высокую температуру, чем температура движущейся среды, так что тепло передается от поверхности к потоку. Можно ожидать, что скорость переноса тепла через границу раздела твердой и жидкой (или газовой) фаз в первом приближении пропорциональна площади межфазной поверхности и перепаду температур между жидкостью (газом) и твердым телом, т. е. [c.364]

Такой способ сушки имеет следующие преимущества. Благодаря хорошему перемешиванию агента сушки и материала можно использовать очень высокие начальные температуры газов, не опасаясь ухудшения качества продукта. За счет высоких относительных скоростей газа и большого потенциала переноса тепла повышается интенсивность сушки. Для получения скорости газов в распылителе 120—150 м/сек достаточно иметь напор вентилятора перед топкой 800 мм вод. ст. Тогда при начальной и конечной температурах газов соответственно 700 и 100° С удельный расход газов и электроэнергии на распыление раствора следующий [c.306]

Величина коэффициентов теплопередачи между стенкой аппарата и кипящим слоем, создаваемым воздухом, может достигать 500—800 ккал/мР час°С. Истинная теплопроводность твердых частиц лежит в пределах 0,09—0,45 кал/м час °С, а толщина поверхностной пленки находится в согласии с результатами измерений температур в кипящем слое. Механизм теплообмена между кипящим слоем и окружающей.его стенкой в том виде, как он описан выше [16, 33], несколько отличается от механизма, предложенного другими исследователями [7, 19, 25]. Эти последние объясняют высокие значения коэффициентов теплопередачи поглощением тепла частицами, движущимися вниз вдоль поверхности теплообмена. Поглощение тепла связывается со скоростью движения частиц у стенок, а эта последняя в свою очередь свят запа [25] с эффективностью флюидизации. Тепло от стенки радиально передается частицам, которыми оно переносится в нижнюю часть кипящего слоя и сообщается поступающему холодному газу. В условиях поршневых движений коэффициент теплопередачи понижается. По мнению Дау и Джакоба [7], в этом с.пучае поток частиц, движущихся вниз, перемешивается с основной их массой, находящейся в объеме, прежде чем достигнет нижней части слоя. Вследствие этого при поршневых движениях уменьшается коэффициент теплообмена. [c.28]

Фонтанирующий слой (ФС) имеет определенные преимущества перед обычным ПС возможность работать с дисперсным материалом широкого фракционного состава и обрабатывать ком-кующиеся, в том числе пастообразные материалы при этом крупные частицы и их агломераты без опасности залегания вовлекаются в восходящее движение газа, имеющего в центральном фонтане достаточно высокую скорость. Процессы межфазного тепло- и массообмена в аппаратах ФС протекают со значительной интенсивностью. Для некоторых технологических процессов, таких как гранулирование, оказывается весьма полезной цикличность движения дисперсной фазы внутри ФС. Известный недостаток ФС состоит в сложности его масштабирования, т.е. в переносе результатов, полученных в аппарате малого масштаба, на осесимметричные аппараты большого диаметра. Впрочем, это затруднение в некоторой степени устраняется при использовании ФС в аппаратах не круглого, а прямоугольного поперечного сечения. [c.563]

Такая конструкция часто используется в теплообменниках газ — жидкость , в которых при оптимальной конструкции поверхность со стороны газа должна быть максимальной. Ребра можно было бы использовать и в теплообменнике жидкость — жидкость или на стороне жидкости в теплообменнике газ — жидкость , но в этих случаях возникает другая трудность. Сочетание низких скоростей, при которых достигаются низкие затраты энергии на преодоление сил трения при движении жидкостей высокой плотности, с относительно высокой теплопроводностью жидкостей приводит к интенсивному конвективному переносу тепла (т. е. к высоким коэффициентам теплоотдачи) в лю- [c.11]

Такое подобие является не только внешним, но и вытекает из того, что оба процесса обусловлены беспорядочным тепловым движением молекул. Молекулы в более нагретых частях тела имеют соответственно скорости теплового движения более высокие, чем молекулы в менее нагретых зонах. При столкновениях более горячие молекулы передают часть своей энергии медленнее движущимся молекулам и тем самым ускоряют их движение. Последние в свою очередь передают часть своей энергии еще более медленным молекулам. Такое распространение тепла, происходящее исключительно путем молекулярных соударений, осуществляется только в среде, не подвергающейся перемешиванию при помощи внешней силы, или, например, при перепаде давления газа. В последнем случае тепло будет переноситься потоком массы газа, а не отдельными молекулами. [c.158]

Камера сгорания. Камера сгорания служит для ограничения пламени и для увеличения переноса излучательной энергии к спою топлива. В США наиболее часто используются камеры со стенками, выложенными огнеупорными материалами. Однако в новых установках водоохлаждаемые стенки все в большей степени заменяют огнеупорные, так как в этом случае устраняются проблемы, связанные с износом огнеупоров при изменении температурного цикла печи. Кроме того, за счет теплопереноса к водоохлаждаемой стенке уменьшается объем газа, поступающего на обработку в систему контроля загрязнения воздуха. Файф и Бойер [22] делают вывод о том, что в печах с водоохлаждаемыми стенками для сжигания коммунальных отходов экономия средств, затрачиваемых на эксплуатацию огнеупорных материалов, на водяное охлаждение и на переработку большого объема газов, превышает расходы на большие первоначальные капиталовложения, когда производительность установок составляет свыше 300 т/сут, даже если нет рынка сбыта для выделяемого тепла. При меньшей производительности печей и при наличии рынка сбыта для выделяемой энергии экономия становится более весомой. Однако при использовании печей с водоохлаждаемыми стенками могут возникнуть серьезные проблемы, связанные с коррозией. Опыт эксплуатации установок для сжигания мусора в Европе [23, 24] показал, что поверхности труб вблизи колосниковой решетки и в пластинах перегревателя часто сильно корродируют и требуют замены всего после 1000 ч их эксплуатации. Часто основным виновником коррозии считается H I, выделяющийся в процессе сжигания хлорсодержащей пластмассы, однако на самом деле проблема это гораздо более сложная [10, 25]. В настоящее время полагают, что на скорость коррозии основное влияние оказывают высокие концентрации щелочных металлов, свинца и цинка в осадках на стенках труб печей, в которых сжигают мусор. Хотя мусор является топливом с низким содержанием серы, тем не менее сера имеет тенденцию накапливаться в осадках на стенках, увеличивая вероятность протекания щелочно-сульфатной коррозии. Данные табл.6.7 показывают, что эти осадки могут содержать вьюокие концентрации щелочных металлов, тяжелых металлов и серы. На рис.6.7 приведена диаграмма аналогичного распределения концентрации осадков на лопатках и корпусе вытяжного вентилятора установки для сжигания отходов, изображенной на рис.6.3. Кроме того, степень коррозии зависит от температуры металла, из которого изготовлены трубы, и от атмосферы печных газов (восстановительная или окислительная). Предполагается, что наиболее серьезные проблемы, связанные с коррозией, возникают при температурах металла, превышающих 480°С в окислительной среде, и при температурах порядка 360—370°С в восстановительной атмосфере. Ряд мер можно предпринять для уменьшения коррозии металлов, из которых изготовлены трубы. К ним относятся а) создание путем правильного размещения сопел для [c.233]

Анализ процесса для неподвижного слоя показывает что при высоких скоростях газа V продольная теплопроводность подавлена вынужденной конвекцией в этом случае теплообмен действительно происходит в условиях внешней задачи Аре -> Ар. Однако, при малых V определяющим становится перенос тепла эффективной теплопроводностью, так что величина Ар , если она вычислена без учета к а, может оказаться значительно меньше величин, соответствующих значению (Nupe)п ln = 2. [c.464]

Предполагают, что перенос тепла и вещества в направлении газового потока осуществляется лишь при помощи вынужденной конвекции. Принимается также, что из-за высокой скорости тепломассопередачи между газом и зерном катализатора температурными и концентрационными перепадами между ними можно пренебречь. Другим обычным допущением является предположение о том, что градиенты по радиусу реактора для слоя катализатора, работающего даже в неадиабатических условиях, отсутствуют. Наконец, всегда предполагают, что процесс выжига протекает без изменения реакционного объема. Кроме того, рассматривается только одна химическая реакция, кинетическое уравнение для скорости которой (и, мольм с ) имеет вид (4.2). [c.83]

Псевдоожиженный слой характеризуется высокой интенсивностью перемешивания частиц и значительной теплопередачей от слоя к газу или наоборот. Интенсивность теплопередачи конвекцией зависит от скорости омывания твердых частиц газом, т. е. теоретически она могла бы быть одинаковой для стационарного и псевдоожиженного слоев (при одной и той же относительной скорости потока), но состояние псевдоожижения более благоприятно для контакта частиц с газовым потоком, который распределяется более равномерно. Кроме того, большое значение приобретает перенос тепла за счет теплопроводности псевдоожнженных твердых частиц для частиц неподвижного слоя, особенно пористых, этот фактор очень мал. В итоге коэффициент теплопередачи в псевдоожиженном слое весьма значителен — он составляет от 1047 до 1673 кДж/(м2.ч-К), т. е. 250—400 ккал/(м -ч-°С). [c.31]

В случае проведения реакции в трубке малого диаметра при относительно высоких линейных скоростях газа продольным переносом тепла и вещества можно пренебречь. Радиальны1ли градиентами концентраций, как показали расчеты в конечных разностях , можно так же пренебречь, так как выравнивание концентраций в трубке малого диаметра из-за диффузионного переноса происходит довольно интенсивно. [c.486]

В предыдущих главах для упрощения анализа было введено предположение о равнодоступности всей поверхности катализатора для примесей, содержащихся в сырье и дезактивирующих катализатор. Аналогичное упрощающее предположение было сделано и для реакций, приводящих к блокировке поверхности. Такого рода предположения выполняются на практике лишь в тех случаях, когда катализатор используется в виде мелкого порошка, а скорость газа у его поверхности достаточно высока для того, чтобы внешний перенос массы ц тепла не лимитировал скорость химических превращений. Однако из-за существующих обычно технологических ограничений на перепад давления в реакторах с неподвижным слоем нельзя использовать порошкооб- [c.39]

Обладающий большой плотностью слоистый изоляционный материал из алюминиевой фольги и стекловолокна примерно в 35 раз сильнее уменьшает теплопередачу, чем лучшие стандартные порошковне системы изоляции [ II]. Еще большая эффективность многослойной изоляции достигается при работе ее под вакуумом, так как при давлениях ниже 13,3 Па перенос тепла за счет теплопроводности остаточного газа становится пренебрежимо малым. Поэтому многослойную изоляцию, работающую в условиях глубокого вакуума, называют также многослойно-вакуумной или экранно-вакуумной изоляцией. Скорость испарения в сосудах со сжиженными газами при этом виде изоляции в 20 раз меньше, чем в случае обычных видов порошково-вакуумной изоляции [тз]. По данным 7], коэффициент теплопроводности у лучших образцов многослойно-вакуумной изоляции примерно в 8 раз ниже, чем у вакуумно-порошковой изоляции, экранированной металлическими поротками. Однако при давлениях более 1,3 кПа применение дорогостоящего ламинированного материала дает мало преимуществ перед порошковой изоляцией. Креме того, применение многослойной изоляции требует довольно сложной техники высокого вакуума. [c.150]

Для определения теплообмена в камерах сгорания обычно привлекается известный закон Стефана — Больцмана о тепловом излучении накаленных тел, находящихся в термодинамическом равновесии (количество излучаемой энергии пропорционально четвертой степени температуры). Основанием к этому служит тот экспериментально подтверждаемый факт, что перенос энергии на стенку от раскаленных продуктов сгорания топлива с высокой температурой (более 1000° С), при умеренных скоростях перемещения газов (не более 100 м/сек), в наибольшей мере осуществляется лучистым теплообменом. Несмотря на преимущественную роль лучистого переноса энергии, мoнiнo показать, что формирование температурного поля в потоке излучающей среды отвечает в основном конвективному переносу тепла, и критерий радиационного теплообмена стенки в основном зависит от радиационных свойств среды и стенки и сравнительно слабо зависит от температуры. [c.214]

В настоящем разделе описана простая модель, позволяющая до конца проанализировать зависимость коэффициентов трения, тепло- и массопередачи от скорости массообмена. В качестве такой модели принята модель однонаправленного потока, обтекающего бесконечно протяженную плоскую твердую поверхность. Задачи тепло- и массопереноса в одномерных потоках жидкостей и газов удалось решить нескольким авторам [6, 11—13]. Так, например, в работе [111 в рамках пленочной теории исследован межфазный перенос обоих компонентов бинарной газовой смеси в условиях высоких скоростей массообмена. Работа [12] была посвящена расчету [c.590]

Общие принципы и конструкции приборов для лиофильной сушки как в лабораторных условиях, так и для промышленного применения описаны Флосдорфом [138] и Мерименом [248]. В типичной методике пробы предварительно замораживают до температуры на 10—20 С ниже точки плавления их эвтектик (обычно до —40 С) и помещают на столик сушильного аппарата, охлажденный примерно до той же температуры. Систему закрывают и вакуумируют до остаточного давления 0,5—0,3 мм рт. ст. Эти операции следует выполнять достаточно быстро и не допускать плавления образцов. По мере высушивания необходимо подавать дополнительное тепло, чтобы поддерживать на соответствующем уровне скорость сублимации свободного льда. Для завершения первой стадии сушки требуется до 24 ч. Окончание этой стадии фиксируют по снижению давления в системе и возрастанию температуры частично обезвоженных образцов. Вторую стадию сушки продолжают при более высоких температурах (зависящих от устойчивости высушиваемого материала) до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое содержание остаточной влаги. Затем систему заполняют сухим и очищенным воздухом или инертным газом (во избежание окисления) [302 ]. Подвергнутые лиофильной сушке биологические препараты часто хранят, заливая их парафином или воском. При использовании обычных устройств для лиофильной сушки эта процедура может оказаться затруднительной, так как при извлечении образца из сушильной камеры и переносе его в термостат с парафином вакуоли и межклеточные пространства заполняются воздухом. [c.167]

При сравнительно высоких температурах (обычно порядка 1000° С и выше) скорость химического реагирования в подготовленной рабочей смеси может достигнуть очень больших значений, в то время как скорости физических процессов переноса, таких, как диффузия и теплопередача, остаются ограниченными. Это явление имеет особое значение при сжигании предварительно ненеремешанных газов, являющемся главным объектом нашего изучения. Интенсивность же процессов в камере определяется скоростью в наиболее узком участке явления. Таким узким участком являются диффузия и теплообмен. В настоящей работе полнота выгорания топлива однозначно связывается с отношением времени пребывания газов в камере ко времени, потребному для завершения рассматриваемых предпламенных процессов. Упомянутые выше большие скорости освобождения тепла при химической реакции реализуются лишь в том случае, когда молекулы топлива и кислорода подведены друг к другу на расстоянии не более нескольких длин свободного пробега молекул. Лишь в этом случае (и при определенном температурном уровне) реализуется удивительная особенность газообразного состояния вещества — огромное число взаимных столкновений молекул, способствующих быстрому протеканию реакции. Так как потоки горючего и окислите. ля подаются в камеру раздельно, то часть времени пребывания газов в камере тратится на перемешивание, совершающееся в значительно мере по механизму турбулентной [c.292]

В ЦЭИ коэффициенты теплообмена за кризисом измерялись несистематически [82]. Однако в одном случае была получена полная серия коэффициентов теплообмена при практически постоянных условиях эксперимента (давление, расход, геометрия и паросодержание). С этой целью использована очень короткая труба (L/D == 20), так что изменение паросодержания благодаря подводу тепла пренебрежимо мало. Результаты этого опыта показаны на рис. 18, где кже приведена величина записанных колебаний температуры, а коэффициенты теплообмена, полученные таким образом, даны на рис. 29. Ошибка, которая содержится в этих коэффициентах теплообмена, вообще, небольшая благодаря высоким измеряемым значениям Д0 в условиях смачивания стенки. Полные коэффициенты теплообмена выше, чем предсказанные для одного текущего пара, хотя коэффициенты, найденные для условий, когда тепловой поток принимает значение выше критического, стремятся к значениям, соответствующим потоку чистого пара (с весовой скоростью Gx). Эти эксперименты подтверждают гипотезу о том, что испарение на смоченной поверхности и перенос газа определя- [c.252]

Все коэффициенты переноса в строгой теории Чепмена—Энскога выражаются через систему интегралов Допущения, принятые при их нахождении, накладывают определенные ограничения на теорию Чепмена— Энскога, которые в основном касаются свойств газов с высокой плотностью и весьма низкими температурами. Метод решения Чепмена—Энскога дает приближение в виде ряда. В условиях, когда градиенты скоростей и температур по средней длине свободного пробега молекул очень малы, справедливо первое приближение. В этом приближении потоки пропорциональны первой производной от плотности, скорости и температуры. Уравнения переноса, которые описывают изменение плотности, скорости и температуры по времени, называются уравнениями Навье—Стокса. Уравнения переноса, соответствующие второму приближению, это уравнения Барнетта. Уравнения Барнетта вводят в систему уравнений движения и теплового потока принципиально новые члены. В этом случае в какой-то степени уже учитывается изменение градиентов скоростей и температур на средней длине свободного пробега молекул. Решение уравнения Больцмана в третьем приближении обычно называется супербарнеттовским решением и вносит дополнительные поправки к уравнениям движения и потока тепла. [c.26]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология