Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Procesy cieplne. Ruch ciepła.
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Ruch ciepła jest zjawiskiem transportu energii i następuje wtedy, gdy w
przestrzeni istnieje różnica temperatur w poszczególnych jej punktach. Ruch
ciepła odbywa się od punktów o temperaturze wyższej do punktów o
temperaturze niższej.
PÅ‚aszczyzny Å‚Ä…czÄ…ce punkty materialne substancji o tej samej temperaturze
nazywajÄ… siÄ™ izotermami lub powierzchniami izotermicznymi, tym samym ruch
ciepła odbywa się tylko w kierunku prostopadłym do izoterm lub powierzchni
izotermicznych.
Głównym celem, przy rozwiązywaniu zagadnień ruchu ciepła, jest obliczanie
powierzchni wymiany ciepła A [m2] i ilości ciepła (energii) Q [ J ] przenoszonego
w rozpatrywanym układzie.
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
·ð
·ð
Q
q =ð
A
Najogólniej transport ciepła (ruch ciepła) podzielić można na proces:
- ustalony (stacjonarny)
- nieustalony (niestacjonarny)
Proces nieustalony ma miejsce wówczas, gdy rozkład temperatur (pole
temperatur) zależy od czasu, co można zapisać w postaci:
t =ð f (x, y,z,tð)
gdzie: x,y,z - współrzÄ™dne przestrzeni; Ä - czas, s; t - temperatura, K.
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Ustalony ruch ciepła ma miejsce, gdy pole temperatur nie zależy od czasu, co
oznacza, że temperatura jest jedynie funkcją położenia, co można zapisać w
postaci:
t =ð f (x, y,z)
gdzie: x,y,z - współrzÄ™dne przestrzeni; Ä - czas, s.
Wynika z tego, że ustalony ruch ciepła jest szczególnym przypadkiem
nieustalonego ruchu ciepła.
Ruch ciepła można podzielić również ze względu na sposób przenoszenia ciepła
na trzy rodzaje:
- Przewodzenie (kondukcja)
- Konwekcja (unoszenie)
- Promieniowanie (radiacyjna wymiana ciepła)
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
- Przewodzenie
polegające na bezpośrednim przekazywaniu energii ruchu (energii kinetycznej)
cząstkom ciała przez cząstki sąsiednie. Przewodzenie następuje w obrębie
wszystkich stanów skupienia materii, dotyczy zatem ciał stałych, cieczy i gazów.
Na proces przewodzenia mają wpływ wszystkie rodzaje energii kinetycznej ciał,
od drgań (ruchów oscylacyjnych) atomów w sieci kryształów po bezwładny ruch
cząsteczek gazów, z wyłączeniem jednak energii kinetycznej związanej z
przemieszczaniem siÄ™ czÄ…stek w przestrzeni.
- Konwekcja
występuje tylko w przypadku ruchu płynów (gazów i cieczy) i związana jest z
transportem energii wraz z przemieszczaniem się warstw płynu. Konwekcja
może wystąpić na skutek różnicy gęstości warstw płynu, wywołanych różnicą
temperatur i wtedy nosi nazwę konwekcji naturalnej. Ale ruch płynu może
wystąpić również na skutek oddziaływania zewnętrznego i wtedy występuje
konwekcja wymuszona.
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
- Promieniowanie
odbywa się bez pośrednictwa materii i polega na emitowaniu i pochłanianiu
energii w postaci fal elektromagnetycznych o zakresie długości fal od 0,1 do
100µm. Szczególnie istotny jest zakres promieniowania od 4 do 40µm,
promieniowanie w tym zakresie nosi nazwÄ™ promieniowania cieplnego.
Promieniowanie jako proces wymiany ciepła między dwoma ciałami wymaga
ośrodka o dostatecznej przezroczystości.
Bardzo często w praktyce występują jednocześnie wszystkie trzy formy ruchu
ciepła  przewodzenie, konwekcja, promieniowanie.
W niektórych przypadkach jednak udział jednego lub dwóch z nich jest niewielki
i wtedy z dobrym przybliżeniem przyjąć można, że tylko główna forma ruchu
ciepła ma znaczenie. Poszczególne sposoby ruchu ciepła podlegają różnym
zależnościom, dlatego też przy opisie należy je potraktować osobno.
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Jeśli dwa układy są w kontakcie termicznym, to mogą wymieniać energię bez
wykonywania makroskopowej pracy  taka forma energii nazywa się ciepłem.
Ciepło jest strumieniem energii wynikającym z różnicy temperatur
T1 > T2
T1 T2
ciepło
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Ciepło właściwe  stanowi ilość ciepła, która musi być dostarczona lub odebrana
jednostce masy danej substancji w celu wywołania jednostkowej zmiany
temperatury Cp [J/(kg.K).
Substancja Ciepło właściwe w J/kgK
Woda (w stanie ciekłym) 4190
Rtęć 136
Para wodna 1970
Powietrze 2020
Miedz
385
Żelazo 449
Lód 2100
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań
wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii T [K]
Dwa układy, które pozostają w równowadze termicznej, maja tę samą
B
A
temperaturę (Ta=Tb). Temperatura jest miarą zdolności do transportu
ciepła.
Współczynnik przenoszenia ciepła  ilość ciepła
przewodzona w jednostce czasu przez
jednostkowÄ… powierzchniÄ™ przy jednostkowym
spadku temperatury na jednostkowej grubości
warstwy, zależy od: temperatury, ciśnienia, i
rodzaju substancji, określany eksperymentalnie
lð [W/(m.K).
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Dziękuję za uwagę
Wykład: Procesy cieplne. Ruch ciepła  pojęcia podstawowe