Розробити та запроектувати вимірювальний канал для автоматичного контролю витрати води в теплообмінному апараті, страница 6

Густину індивідуального газу (пари) в основному визначають за рівнянням Клапейрона – Менделєєва з урахуванням температури та тиску, для розрахунків густини газових сумішей використовують правило адитивності. Для визначення в'язкості індивідуальних газів залежно від температури використовують експериментальні дані, при

їх відсутності застосовують рівняння Сазерленда [33, 34]. Вплив тиску на в'язкість газів ураховують за емпіричними формулами [34, 39].

Основними теплофізичними властивостями індивідуальних речовин

є критична температура, критичний тиск, теплоємність, теплопровідність, температура та питома теплота фазових переходів залежно від тиску та ін.

Для визначення цих величин переважно використовують експериментальні дані, подані у вигляді таблиць і графіків. Основні теплофізичні параметри властивостей індивідуальних речовин, необхідні для розрахунків теплообмінних апаратів, звичайно наведені на діаграмах стану типу T– S (температура – ентропія), H – lgР (ентальпія – тиск), H – S (ентальпія – ентропія) та ін.

РОЗДІЛ 2

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА ТЕПЛОПРОВІДНІСТЮ

2.2 Закон Фур'є, коефіцієнт теплопровідності

                                (2.1)

Закон Фур’є. Вивчаючи теплопровідність у твердих тілах, французький фізик Фур’є встановив залежність між питомим тепловим потоком і температурним градієнтом, при цьому знайдено

                              (2.2) де . – коефіцієнт пропорційності, названий коефіцієнтом теплопровідності.

Знак мінус у рівнянні (2.2) показує, що тепловий потік і температурний градієнт спрямовані в протилежні сторони.

Порівнявши залежності (2.1) – (2.2) і вирішивши їх спільно щодо кількості тепла, переданого теплопровідністю, отримано

                                          (2.3)

Рівняння (2.3) у математичній формі виражає закон Фур'є – закон перенесення тепла теплопровідністю.

Відповідно до рівняння (2.3) і закону Фур’є кількість тепла, переданого теплопровідністю, прямо пропорційна температурному градієнту, площі поверхні теплопередачі та часу.

Записуючи рівняння (2.3) щодо однорідної твердої пластини товщиною ., у якій тепло поширюється теплопровідністю від нагрітої стінки до холодної, отримано залежність

                                                  (2.4) де . – коефіцієнт теплопровідності; tг , tх – температура нагрітої й холодної поверхні стінки відповідно; . – товщина стінки; F – площа поверхні стінки; . – час.

Розв’язавши рівняння (2.4) щодо коефіцієнта теплопровідності та підставивши розмірність вхідних величин, отримали

                       (2.5)

Коефіцієнт теплопровідності показує, яка кількість тепла передається теплопровідністю за одиницю часу через шар речовини товщиною 1 метр із поверхнею теплопередачі 1 м2 при різниці температур на поверхнях стінок в один градус.

Таким чином, коефіцієнт теплопровідності належить до теплофізичних констант речовини та характеризує теплопровідні властивості матеріалу або середовища в певному діапазоні температур.

Перенесення тепла теплопровідністю іноді в літературі називають кондуктивним перенесенням від англійського «thermal conduction».

2.3 Теплопровідність газів, рідин і різних матеріалів

Величина коефіцієнта теплопровідності залежить від багатьох факторів, а саме: від фізичної природи речовини, її структури, агрегатного стану, температури та інших факторів.

У хімічних та споріднених галузях промисловості використовуються різні речовини з високою теплопровідністю (звичайно це метали), речовини з помірною теплопровідністю (звичайно це рідини), а також речовини з низькою теплопровідністю (гази, газові суміші, пари рідин, а також теплоізоляційні матеріали).

Гази (за винятком водню та гелію) і пари рідин мають низьку теплопровідність в інтервалі 0,007–0,05 Вт/(м·К). Теплопровідність газів зростає з підвищенням температури, що пояснюється збільшенням кінетичної швидкості руху молекул.

Вплив тиску на теплопровідність газів незначна і ним нехтують при тисках газів менше 5 МПа.