Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf

У р а в н е н и е теплов ог о б а л а н с а

Q = GiAt'x — h ) = G fa ih — t2) ,

где Gi и G2 — часовое количество жидкости, соответственно на­ гретой и холодной (G l = f icoiYi и G2 = ;

с 1 и Сг — теплоемкости, соответственно нагретой и холодной, жидкости при р = const.

Из уравнения баланса имеем

Тепловой эквивалент — это часовое количество воды, которое содержит то же количество тепла, что и часовые количества теплообменивающихся жидкостей.

Отношение изменения температур двух рабочих жидкостей обратно отношению их водяных эквивалентов.

Характер кривых изменения температур теплообменивающихся

t"2 может быть больше конечной температуры греющей среды t\ .

Значение температурного напора At при противотоке больше, чем при прямотоке, и вследствие этого при одних и тех же значе­ ниях Q и k поверхность нагрева теплообменного аппарата будет меньше.

При расчетах пользуются значениями среднеарифметического и среднелогарифмического температурных напоров в зависимости от условий теплообмена.

При передаче тепла по принципу параллельного тока (рис.82) получим среднелогарифмический напор

145

Уравнение (181) справедливо и для случая передачи тепла

противотоком.

Если величины At' и At" по своим значениям близки, то для определения среднего температурного напора можно воспользо­ ваться среднеарифметическим значением

При -^ ;-> 0 ,5 разница между среднелогарифмическим и средне­

арифметическим температурными напорами не превышает 3%.

При конструировании новых теплообменных аппаратов опре­ деляют поверхность нагрева F. При известной поверхности нагрева определяют конечную температуру рабочих жидкостей и устанав­ ливают режим работы аппарата. Для расчета используют

уравнение теплопередачи

Q = kFAt, ккал/ч

и уравнение теплового баланса

Q = ° i cPt (*i - О = GcP2 V i - Q > ккал/4-

146

§ 5. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ о ТЕПЛО- И МАССООБМЕНЕ ПРИ ИСПАРЕНИИ ЖИДКОСТИ. ТЕПЛООБМЕН

МЕЖДУ ВОДОЙ И ВОЗДУХОМ

Теплообмен между водой и воздухом часто сопровождается массообменом. Такой процесс, например, имеет место в шахтах, так как наличие воды в подземных шахтных выработках изме^ няет состояние рудничного воздуха не только вследствие тепло-! обмена, но и массообмена.

Рассмотрим этот процесс на примере явления испарения жид­ кости в воздух. Пусть жидкость соприкасается своей открытой поверхностью с воздухом. Известно, что молекулы жидкости, как и газа, обладают различной энергией — большей или меньшей. Значения средней энергии определяются температурой. Поэтому при заданной температуре некоторые молекулы жидкости, нахо­ дясь у поверхности ее, преодолевая притяжение соседних молекул и сопротивление поверхностного слоя, вылетают за ее пределы и попадают в область газа. Процесс будет тем интенсивней, чем выше температура жидкости.

147

попадают в жидкость. Такой процесс происходит с медленно летя­ щими молекулами жидкости, которые, находясь у ее поверхности, захватываются ею под действием сил межмолекулярного сцепле­ ния поверхностного слоя жидкости.

При испарении жидкости вылетают более быстрые молекулы, которые при этом затрачивают часть своей энергии на совершение работы по преодолению сил молекулярного притяжения поверхно­ стного слоя жидкости. В результате средняя энергия молекул, остающихся в жидкости, уменьшается и жидкость охлаждается. Чтобы сохранить постоянную температуру испарения жидкости, необходим подвод тепла извне. При этом, как известно из преды­ дущего, процесс сообщения теплоты испарения (парообразование) происходит изотермически, без изменения температуры жидкости.

Очевидно, процесс испарения является таким комплексным процессом, в котором перенос тепла связан с переносом вещества. Затраченная теплота испарения передается вместе с испарив­ шейся жидкостью газу. Испарение жидкости происходит при сле­ дующих условиях:

температура поверхности жидкости выше температуры окру­ жающей среды по сухому термометру;

температура поверхности жидкости ниже температуры окру­ жающей среды по сухому термометру, но выше температуры точки росы.

В первом случае теплообмен происходит от поверхности жид­ кости к окружающей среде, а во втором случае — наоборот. Теп­ лообмен в том и другом случаях осуществляется как конвекцией, так и излучением. Передача тепла конвекцией в значительной степени зависит от скорости обтекания поверхности жидкости окружающей средой (воздухом, газом), а передача тепла излуче­ нием — от разности температур теплообменивающихся сред.

Величина теплового потока определяется по уравнению (14G)

148

тепла от окружающей среды к поверхности жидкости [16] можно ■считать, что при:

воздуха /в. У поверхности воды парциальное давление водяного пара принимают соответствующим парциальному давлению насы­ щенного пара рн при температуре поверхности воды /ж. Парци­ альное давление водяного пара в воздухе определяется по тем­ пературе /в и его относительной влажности фв или влагосодержа-

(см. раздел «Термодинамика влажного воздуха») и является его прямой функцией, то иногда пользуются формулой Дальтона в виде

уравнениям, полученным в результате обработки эксперименталь­ ных данных с применением теории подобия.

Для оценки р' можно воспользоваться приближенной форму­ лой ВТИ при условии движения воздуха параллельно поверхности

149

духа, конденсация пара воздуха на поверхность жидкости. Количе­ ство тепла, которое передается в процессе влагообмена от поверх­

150