Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры по ФОПИ (часть 2) - файл 1.docx


Шпоры по ФОПИ (часть 2)
скачать (2137.8 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx2138kb.04.12.2011 09:34скачать

содержание
Загрузка...

1.docx

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
1. Понятие тепловых явлений, измерение тепловых величин.

Внутренняя энергия может изменяться как за счет работы, так и за счет контакта с телами, т.е. в процессе обработки.

Энергия передаваемая при подведении тепла называется положительной - если получает, отрицательной - если отдает тепло.

При соприкосновении двух тел происходит обмен энергией движущихся структурных частиц. Интенсивность движения тел имеющихся меньшую увеличивается, а другая уменьшается. Поток энергии передаваемый от более к менее горячим телам наз-ся тепловым потоком. Для возникновения теплообмена необходима разность температур тел, направленная в сторону меньшей температуры.

Энергия посредством лучеиспускания – в космических условиях, условиях близких к вакууму, где отсутствуют эл-ые частицы.

В вещественной среде распространение тепла всегда связано с движением структурных частиц, однако, перенос тепла может проходить в рез-те передачи энергии, в рез-те перемешивания сред, состоящих из большого кол-ва молекул ,образующих объем.

Резюме. Процесс распр-ия тепла вследствие движения структурных частиц наз-ся теплопроводностью.

Конвекция – процесс теплопередачи, обусловленный перемещением молекулярных объемов сред.

3 вида теплопередачи: 1) Теплопроводность (кондукция); 2) Конвекция (передача тепла от менее нагретых к более нагретым, Перемешивание), жидкостная и газовая; 3) Радиация (Осущес-ся за счет лучистой передачи энергии в виде Э.м. волн).

В теории теплопередачи зачастую процесс теплообмена явл-ся сложным тройственным случаем. Например, нагревание электрической спирали. Основным методом исследования теории теплопередачи явл-ся расчленение сложного процесса теплообмена на его составляющие по способу передачи тепла.

При рассмотрении процессов теплообмена, протекающих в твердых, жидких, газообразных средах компоненты составляющей системы рассматриваются, как правило, непрерывными. Необходимо рассматривать тепловые расширения /линейное, объемное.

^ Измерение тепловых величин. [Дж] – ед-ца измерения кол-ва тепла; 1 кал =4,1868 Дж. Тепловая энергия сопоставима с электрической или механической энергией т. е. 1 Дж = 1*[В*с]=1*[Н*м].

Тепловой поток [Ф] – это кол-во тепла, проходящее через поперечное сечение S за единицу времени. Q – кол-во тепла.

Плотность теплового потока – опред-ся, как кол-во тепла, проходего за 1-цу времени через 1-цу площади поверхности .

Теплоемкость – показывает изменение энтальпии тела при изменении его t-ры на 1 К. .

Удельная теплоемкость – изменение энтальпии вещ-ва (тела) единичной массы в 1 кг при изменении его темп-ры на 1 К
2. Приборы для измерения количества тепла. Назначение калориметров.

Для определения параметров тепловых величин исп-ся различные приборы и устр-ва, например КАЛОРИМЕТРЫ.

При большинстве физ-их и хим-их процессов происходит изменение Q. Q опред-ся свойствами вещ-ва; условиями окр-ей среды.

Задачей калориметров явл-ся экспериментальное определение различных факторов и параметров на изменение тепловой энергии и тепловой эффект.

Калориметры работают так, что после инициирования какого-либо процесса (смешения, горения) проба над которой проводится эксперимент отдает или отбирает определенное кол-во тепла , которое осущ-ся внутри калориметра вне окружающей среды.

Как правило изменение тепловой энергии приводит к изменению темп-ры, она может уменьшаться или возрастать в зависимости от видов процесса. Изменение темп-ры явл-ся мерой изменения тепловой энергии.

Измерение изменения тепловой энергии сводится к изменению температуры. Тепловой баланс для калориметра в идеальном случае можно свести к следующему выражению

СК – тепловой эквивалент всех калориметров;

- разность темп-р; - тепловые потери.



3. Жидкостные и металлические калориметры.

Жидкостные калориметры

Этот тип калориметра, наиболее широко употребляемый в тех

нике, просит по конструкции и удобен в обслуживании. Коли

чество тепла , получаемое в результате реакции, вызванной извне, сначала передается реакционному сосуду (в котором про

текала реакция), а затем жидкостной ванне. Жидкость в ванне непрерывно перемешивается при помощи крыльчатки, подъем

ного винта или насосов, что ускоряет выравнивание температур (рис. 1). Ванна в максимально возможной степени теплоизо

лирована (экранирована) от окружающей среды. Изменение тем

пературы жидкостной ванны является мерой определяемого количества тепла . Теплоемкость нагреваемых масс должна быть не слишком большой, чтобы обеспечить достаточное изме

нение температуры и чтобы процесс измерения продолжался не слишком долго (из-за чего возрастают потери тепла).
^ Рисунок 1. Принцип жидкосного калориметра: 1-реакционный сосуд; 2-мешалка; 3-теплоизоляция; 4-термометр.

Калориметры с металлическим телом

Если требуется провести калориметрические исследования в более широком диапазоне температур, то жидкостные калориметры уже непригодны. В подходящих для этой цели калориметрах с металлическим телом (рис. 2) передаваемое количество тепла воспринимается металлическим блоком (из серебра, меди, алюми

ния), который обычно имеет темпе

ратуру окружающей среды ().

Такой калориметр предназна

чен главным образом для опреде

ления удельной теплоемкости с, Дж/(кг*К), жидких и твердых ве

ществ. Пробу сначала охлаждают вне калориметра в холодильной установке или нагревают в печи и после достижения установивше

гося состояния опускают (роня

ют) в отверстие металлического блока. По способу работы такой прибор называют калори

метром свободного падения, а по характеру термодинамических процессов в нем его иногда именуют калориметром смещения.
Рисунок 2. Схема устройства металлического калориметра: 1-проба; 2-металлический блок; 3-сосуд Дьюара; 4-тармометр; 5-теплоизоляция; 6-поворотная крышка; 7-к вакуум-насосу.




4. Калориметры для измерения теплотворной способности жидких и газообразных веществ.

^ Калориметры горения жидких веществ

Для быстро протекающих процес

сов горения разработана специ

альная форма жидкостного кало

риметра - так называемая калометрическая бомба Бертло (рис. 3). Сжигание малого, точно отмеренного количества вещества происходит при постоянном объеме в герметичной бомбе в атмосфере возможно более чистого кислорода под давлением ~30 ат (3 МПа). Запол

ненная бомба помещается в жидкостную ванну калориметра, кото

рая и воспринимает выделяющееся тепло горения.

Жидкие вещества помещают в чашечки (лодочки) из платины или кварца или в малые пластмассовые капсулы. На крышке, закрепляемой к корпусу бомбы болтами, расположены все устройства, необходимые для исследования: клапаны для подачи кислорода и отвода продуктов сгорания, держатели для проб и электрический запальник. Зажигание осуществляют подводом электричества к тонкой платиновой проволоке. Подводи

мое для зажигания тепло должно быть точно измерено, чтобы его можно было учесть при расшифровке результатов эксперимента. В калориметрической бомбе определяют высшую теплоту сго

рания Н0. При поверке определяют тепловой эквивалент калори

метра Ск сжиганием эталонного вещества (например, бензойной кислоты) или при помощи электрического нагревательного уст

ройства.
^ Рисунок 3. Принцип калориметрической бомбы: 1-сжигаемое вещество; 2-запальный проволочный электрод; 3-кислород; 4-продукты сгорания; 5-запальное напряжение.

Калориметр горения для газообразных веществ

Для определения теплоты сгорания газообразных сред существуют различные способы. Все они в отличие от калориметрической бомбы для твердых и жидких веществ основаны на непрерывном изме

рении. Применяемый принцип измерения весьма прост. Исследу

емый газ непрерывно сжигают в горелке при постоянном давле

нии. Все выделяемое при сгорании тепло поглощается либо пото

ком охлаждающей среды в теплообменнике (влажный или тепло-обменный калориметр); (рис. 4, а), либо посредством смешивания продуктов сгорания с потоком воздуха с известным расходом (су

хой или смешивающий калориметр; (рис. 4, б).
Рисунок 4. Принципиальное устройство влажного(а) и сухого(б) калориметров для газообразного топлива: 1-конденсат(в скобках основные параметры); 2-отходящие газы; 3-ввод охлаждающей среды; 4-отвод охлаждающей среды; 5-воздух; 6-газ; 7-охлаждающий воздух и дымовые газы; 8-охлаждающий воздух.



5. Измерение тепловых потоков при явлении теплопроводности и теплопередачи.

Тепло как вид энергии передается тремя способами: через твердое тело (теплопроводностью), жидкими ила газообразными средами (конвекцией) и без участия материи (излучением). В технике почти всегда в передаче тепла участвуют все три составляющие; тем не менее во многих случаях можно получить результаты приемле

мой точности, измеряя только одну составляющую.

^ Измерение теплового потока при теплопроводности

Передача тепла через теплопроводные стенки имеет важное зна

чение во многих областях техники (теплообменники всех видов, теплоизоляция и т. д.). При этом представляют интерес не столько текущий контроль производственных величин, сколько резуль

таты однократных измерений, используемых для оценки нагруз

ки, проверки выполнения гарантируемых показателей и эконо

мичности.

Согласно законам стационарной теплопроводности, тепловой поток определяется по следующим формулам (Дж/с):

через плоскопараллельную пластину с площадью поверхности А (рис. 5, а):

через стенку цилиндрической трубы длиной L, (см. рис. 5, б):

Рисунок 5. Теплопроводность через стенку и через трубу.

Измерение тепловых потоков при теплопередаче

Для упомянутой в предыдущем разделе плоской стенки справед

лив следующий закон теплопередачи (Дж/с):,

где в коэффициенте теплопередачи k 1Дж/(м2*с*К)] наряду с ко

эффициентом теплопроводности [Дж/Дм*с*К)] учтены также и коэффициенты теплоотдачи и [Дж/(м2*c*К)] обеих сторон стенки. На плоскую стенку, через которую проходит измеряемый тепловой поток, накладывают небольшую тонкую пластинку, температуру поверхности которой определяют встроенными тонко

пленочными термопарами. Преимущество измерения таким спо

собом заключается в том, что при этом не требуется знать терми

ческие свойства стенки, а соответствующие свойства пластинки могут быть сведены при градуировке к одной постоянной вели

чине.

При усовершенствовании этого метода измерений Э. Шмидт вместо накладываемой пластинки применил резиновые маты. Приклеивая их к неплоским поверхностям или обертывая ими криволинейную поверхность, можно определить теплоотдачу и от поверхности сравнительно большой площади, например от трубы, сосуда и т. п. Термопары встраивают в обе поверхности мата с та

ким расчетом, чтобы их горячие с холодные спаи располагались точно один против другого (рис. 6). И в этом случае плот

ность теплового потока в соответствии с градуировкой пропорцио

нальна разности температур. Однако накладываемые маты не

сколько нарушают первоначальный теплообмен, что становится заметным при точных измере

ниях. Поэтому такой способ измерения применяют главным образом для определения тер

модинамических констант веще

ства, когда нарушение тепло

вого потока не оказывает влия

ния на результат измерения.
^ Рисунок 6. Принцип измерителя теплового потока по Э. Шмидту: 1-защитный покрывной слой; 2-свободный(холодный) спай; 3-рабочий(горячий) спай
Рисунок 7. Схема составления теплового баланса при измерении тепловых потоков



6.Измерение тепловых потоков в текущих средах.

Значительная часть тепловой энергии передается жидкой или газообразной средами (водой, паром и т. п.), движущимися в замк

нутой трубопроводной сети. Однако по сравнению с передачей электрической энергии по проводам расстояние, на которое может быть передана тепловая энергия, ограничено. Для теплотехниче

ских исследований всех видов нагревательных и холодильных систем нужно измерять выделение и потребление тепла.

Тепловой поток Ф (Дж/с), передаваемый потоком среды — теплоносителя (кг/с) через контрольное сечение площадью А 2)в определенной зоне, для которой составлен тепловой баланс (в зоне процесса, рис. 7), равен

.

Количество тепла, отданного за отрезок времени t2 - t1 определится как интеграл (Дж):
где — разность теплосодержаний (энтальпий, Дж/кг) тепло

носителя на входе (индекс е) и на выходе (индекс а) зоны теплового баланса.

Поскольку в общем случае величина энтальпии представляет интерес только в сопоставлении с определенным уровнем, например с энтальпией при температуре окружающей среды, все изме

рения тепловых потоков являются в сущности разностными изме

рениями.

Отдельные энтальпии, входящие в общее уравнение, можно выразить через соответствующие температуры и удельные теп

лоемкости;

, Дж/с.

Таким образом, измерение теплового потока непосредственно сводится к измерению температур и массовых расходов. Во многих случаях измеряют не массовый , а объемный расход тепло

носителя ; при этом полученный результат будет отличаться только на величину плотности теплоносителя р. Удельные тепло

емкости сi, сами являются функциями температуры . Однако ввиду узости диапазона измерения многих приборов их обычно можно считать постоянными величинами без большого ущерба для точности. Удельная теплоемкость должна быть известна. Для жидкостей уравнение теплового потока еще более упро

щается, так как их удельные теплоемкости не зависят от давления:

, Дж/с.

Рисунок 8. Принципиальная схема электрического измерения теплового потока для сжимаемого и несжимаемого теплоносителя (измерение расхода в данном примере осуществляется по перепаду давлений на диафрагме):

1-диафрагма; 2 и 3-датчики температуры; 4-преобразователь перепада давления; 5-преобразователь давления; 6-вычислительное устройство; 7-к счетчикам; 8-к показывающим приборам; 9-питание вспомогательной энергией; е, а-входное и выходное контрольные сечения.


7. Струкрурная схема и состав узла учета тепловой энергии.

Теплосчетчик. Принцип работы теплосчетчиков основан на измерении параметров теплоносителя с помощью датчика t-ры, датчика давления и расходомеров. По полученным данным с помощью микропроцессора реализует значение получения теплового процесса.

Расходомеры, измеряющие параметры теплоносителя явл-ся объемными, для оценки массового расхода необходимо знать плотность среды ,.

^ Структурная схема узла учета тепловой энергии.


На подающем трубопроводе устанавливается датчик расхода, давления и температуры, аналогичные датчики устанавливаются на обратном трубопроводе.

ТВ получает информацию расхода, давления и темп-ры, определяет поступающую и отводящую тепловую энергию Q=Q1-Q2, Q=m*h*t..

Существуют открытые и закрытые схемы теплоснабжения.

^ Закрытая схема (поступаемая масса теплоносителя равна отдаваемой массе теплоносителя) m1=m2.


  1   2   3



Скачать файл (2137.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru