Процессы и аппараты

                  Рис.1. Схема к выводу уравнения Бернулли для реальной жидкости

    С учётом потерь энергии уравнение Бернулли для потока реальной жидкости будет выглядеть

Индексами 1 и 2 обозначены характеристики потока в сечениях 1-1 и 2-2. 
 

    1.49  Механизм передачи  теплоты. Теплопроводность (кондукция), конвенция.

    Когда физические тела одной системы находятся  при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача  от одного тела к другому до наступления  термодинамического равновесия.

      Самопроизвольная передача тепла  всегда происходит от более  горячего тела к более холодному,  что и формулирует второго  закона термодинамики. Обритый  процесс (передачу тепла от  холодного тела более горячему) имеет какую-то вероятность, не  равную нулю, но никто его пока  не наблюдал.

    Всего существует три вида передачи тепла:

    - теплопроводность,

    - конвекция,

    - тепловое излучение.

    1. Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.

    Такой теплообмен может происходить в  любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты  будет зависеть от агрегатного состояния  вещества.

    Явление теплопроводности заключается в  том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру  тела, передаётся другому телу при  их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее  нагретым областям.

      Иногда теплопроводностью называется  также количественная оценка  способности конкретного вещества  проводить тепло.

    Закон теплопроводности Фурье.

      В установившемся режиме поток  энергии, передающейся посредством  теплопроводности, пропорционален  градиенту температуры:

              

      где   g - вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в

                   единицу времени через единицу площади, перпендикулярной

                  каждой оси,

         u - коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто

              теплопроводностью),

         T - температура.

      Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен  противоположно вектору grad T (то  есть в сторону скорейшего  убывания температуры).

      В интегральной форме это же  выражение запишется так (если  речь идёт о стационарном потоке  тепла от одной грани параллелепипеда  к другой):

                   

    где    P — полная мощность тепловых потерь,

             S — площадь сечения параллелепипеда, 

             ΔT — перепад температур граней,

             h — длина параллелепипеда, то  есть расстояние между гранями.

    Размерность коэффициента теплопроводности χ -  Вт/ (м* ºK).

    Коэффициент теплопроводности вакуума принимается  нулю.  Вещества в вакууме (почти) нет, а значит и явления теплопроводности - тоже нет.

    Тепло в вакууме может передаваться излучением.

      Между коэффициентом теплопроводности  металлов χ  и их удельной  электрической проворностью σ существует при данной температуре обратная зависимость;

    

    где  k — постоянная Больцмана,

           e — заряд электрона.

      Следует отметить, что закон Фурье  не учитывает инерционность процесса  теплопроводности, то есть в данной  модели изменение температуры  в какой-то точке мгновенно  распространяется на всё тело.

      Закон Фурье не применим для  описания высокочастотных процессов  (и, соответственно, процессов, чьё  разложение в ряд Фурье имеет  значительные высокочастотные гармоники).

    2. Конвекция.

    Конвекция (от лат. convectio — принесение, доставка) — явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества (неважно, вынужденно или самопроизвольно).

    Переноса  тепла конвекцией без теплопроводности не бывает. Сначала более нагретое тело должно отдать тепло перевозчику. Затем он должен увезти полученный кусок тепловой энергии.

      Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции, нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают вверх, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

    Различают ламинарную и турбулентную конвекцию.

    Естественной  конвекции обязаны многие атмосферные  явления, в том числе, образование  облаков. Благодаря тому же явлению  движутся тектонические плиты. Конвекция  ответственна за появление гранул на Солнце.

    При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием каких-то внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

    Конвекцией  также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов  движущейся средой. 

    Задача 1.68

    Определить  количество сливок и отсепарированного  молока, выделяемых в сепараторе, производительностью  V=0,014 м³/с, если плотность жировых шариков p_с = 1024 кг/м³; жирность молока Ж_м= 4,5 %; жирность отсепарированного молока Ж_о = 0,03%; жирность сливок Ж_с = 35%. 

    Решение.

    1. Количество сливок, полученных из ценного молока в 1 кг определяется по формуле:

    G_с =

    масса молока равна объему

    G_м = V = 0,014 м³/с,    отсюда

    G_м = V х p_с = 0,014 х 1024

    G_с =

    2. Объем отсепарированного молока  равен:

    V_о = V_м - V_с

    V_м = 0,014 - V_с =                                        p_м = 900 

    V_о = 0,0012 м³/с 

    Ответ: 0,183 кг/с; 0,0012 м³/с. 

    Список  использованной литературы: 

    

1. Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых  производств. Кн. 1 / С.Т. Антипов; УО "БГАТУ"; под ред. В. А. Панфилова, В. Я. Груданова. - Минск: ГАТУ, 2007. – 420 с.
2. Бородулин Д.М., Менх В.Г., Шушпанников А.Б., Потапов А.Н. Основные конструкции пищевых аппаратов. Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2009. - 167 с.
3. Галицкий Р.Р. Оборудование зерноперерабатывающих предприятий / Р. Р. Галицкий. - 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 2000. - 271с.
4. Егоров Г.А. Технология муки, крупы и комбикормов / Г. А. Егоров, Е. М. Мельников, Б. М. Максимчук. - М.: Колос, 2004. - 376с.
5. Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Колос, 2007. — 760 с.
6. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна /А. Я. Соколов, В. Ф. Журавлев, В. Н. Душин и др.- М.: Колос, 2001.- 445с.