1.Rodzaje ruchu ciepła –podział omówienie.

Przewodzenie- zachodzi w obrębie jednego ciała, w którym istnieją różnice temperatury. Ciepło płynie od miejsca o temperaturze niższej do miejsca o temperaturze niższej. Wg teorii kinetycznej cząsteczki o większej energii przekazują część swojej energii cząsteczkom uboższym. Szybkośc rozchodzenia się ciepła ta drogą wyrażamy współczynnikiem przewodzenia ciepła λ[W/mK].

Definiuje go równanie Fouriera: Q=$\frac{\lambda}{s}$*F(t1-t2)τ [J] $\dot{Q}$=$\frac{\lambda}{s}$*F(t1-t2) [W] $\frac{\dot{Q}}{F}$=q=$\frac{\lambda}{s}$(t1-t2)

Q-ciepło przewodzone

s-droga przewodzenia

F-pow. Przekroju, przez który ciepło jest przewodzone

t1,t2-temperatura w K

τ-czas

współczynnik przewodzenia ciepła λ wskazuje zatem ile ciepła przepływa przez jednostkę przekroju w ciągu jednostki czasu przy spadku temperatury równym jedności na drodze jednostki grubości warstwy.

Konwekcja-ruch ciepła przez konwekcje odbywa się w ten sposób, że cząsteczki ulegając przemieszczeniu, np. ku ścianie lub innej powierzchni stykają się z nią i oddają jej ciepło. W ten sposób ciepło przenoszone mechanicznie przez prądy czynnika.

W procesach rzeczywistych czysta konwekcja ściśle odpowiadająca opisanemu mechanizmowi nie zachodzi. Zjawisko komplikuje się z powodu istnienia pewnej warstwy czynnika przy ścianie, w której konwekcja zanika. Dlatego przez termin konwekcja będziemy rozumieć tylko sam sposób przenoszenia ciepła prądami czynnika; odróżnia się ona od rzeczywistego, bardziej złożonego ciepła ku ścianie, w którym konwekcja będzie również brała udział.

Dla uniknięcia nieporozumień proces rzeczywisty ruchu ciepła od czynnika znajdującego się w przepływie ku ścianie jest współczynnik wnikania ciepła λ[W/m2K].

Definiuje go równanie Newtona:

Q= λ_A*F*(t_A-t1)

$\dot{Q}$= λ_A*F*(t_B-t1)

Q=$\frac{\lambda}{s}$*F(t1-t2)τ [J]

$\dot{Q}$= λ_B*F*(t₂-t_B)

Q-ciepło oddane ścianie lub od niej odebrane

F-powierzchnia ściany

t_A-temperatura rdzenia gazu

t₁-temperatura ściany

τ-czas

Współczynnik wnikania ciepła określa zatem ile ciepła wnika w ciągu jednostki czasu od czynnika do jednostki powierzchni ściany (lub odwrotnie)przy różnicy temperatury równej jedności między czynnikiem a ściana.

Kryterium: zachowanie się tzw. Pola temperatur:

1. Jeżeli pole temperatur to jest rozkład temperatur w przestrzeni pozostaje niezmienione w czasie czyli t=f(x,z,y) równowaga techniczna, ruch ciepła nazywamy ustalonym.

2. Gdy temperatura zależy od położenia t=f(x,z,y,τ) to temperatury są zmienione ponadto w czasie (jak to następuje w procesach ostygania ciał) nazywamy taki ruch ciepła nieustalonym.

2.Współczynnik przenikania, przewodzenia, wnikania – oznaczenia i jednostki.

Współczynnik przenikania: k

Współczynnik przewodzenia: λ [kcal/m*h*deg]

Współczynnik wnikania: α[kcal/m²*h*deg]

3.Przewodzenie ciepła – równanie , rysunek.

Q=$\frac{\lambda}{s}$*F(t1-t2)τ [J]

4. Czym różni się konwekcja od wnikania?

Konwekcje mamy rozumieć jako sam sposób przenoszenia ciepła prądami czynnika. Odróżnia się ona od rzeczywistego, bardziej złożonego ruchu ciepła ku ścianie, w którym konwekcja będzie również brała udział. Dla uniknięcia nieporozumień proces rzeczywisty ruchu ciepła od czynnika znajdującego się w przepływie ku ścianie nazywamy wnikaniem ciepła.

5. Równanie kryterialne- równanie opisujące grupę zjawisko podobnych ułożone z liczbowych współczynników i bezwymiarowych liczb kryterialnych występujących w różnych potęgach.

6. Podaj i opisz wzór na liczbę Reynoldsa:

liczba podobieństwa hydrodynamicznego określająca stosunek sił bezwładności do sił tarcia wewnętrznego występującego podczas przepływu płynu.

7. Podaj i opisz wzór na liczbę Nusselta:

Charakteryzuje podobieństwo warunków przyściennych w procesie wnikania ciepła od płynu do ściany lub odwrotnie. Jest miara stosunku ogólnej szybkości wnikania ciepła przez przyścienną warstwę płynu do szybkości przewodzenia płynu w tej warstwie.

Nu=α*d/ λ

α-współczynnik wnikania ciepła [W/m2K]

λ -współczynnik przewodzenia ciepła

8. Podaj i opisz wzór na liczbę Prandtla:

liczba podobieństwa charakteryzująca podobieństwo płynów. Miara stosunku szybkości cząsteczkowego przenoszenia pędu do szybkości przewodzenia ciepła w płynie.

Pr=Cp*eta/ λ

9. Podaj i opisz wzór na liczbę Grashofa:

Charakterystyczna dla konwekcji swobodnej.

Gr=$\frac{g*\beta*t*\text{lo}^{3}}{^{2}}$

g-grawitacja

β- współczynnik rozszerzalności objętościowej

12. Po co liczymy opory przepływu?

Opory liczymy po to by w zależności od ciśnienia i czynnika płynącego w rurkach móc dobrać odpowiednią pompę, wentylator czy sprężarkę.

13. Podział aparatów do wymiany ciepła:

1. Rekuperatory -wymienniki ciepła przeponowe – zarówno czynnik oddający ciepło jak i odbierający płyną po dwóch stronach ściany w sposób ciągły i ciepło przechodzi od czynnik cieplejszego do zimniejszego najczęściej w sposób ustalony (temp. Nie zmienia się w czasie)

2. Regeneratory – przez aparaty te nie posiadające przegrody oddzielającej czynniki płynie na zmianę: - gaz grzejący i oddający swoje ciepło masie wypełnienia. (cegiełki, kształtki, blaty faliste) magazynując je w tym wypełnieniu. – drugi gaz ogrzewany, który odbiera ciepło nagromadzone w poprzednim okresie. Ruch ciepła jest tu nieustalony.

3. Wymienniki ciepła bezprzeponowe mokre- wymiana ciepła odbywa się między jednym czynnikiem w fazie gazowej, a drugim w fazie ciekłej bez pośrednictwa przegrody oddzielającej je. Kontakt miedzy gazem a cieczą zwykle jest zapewniany w ten sposób że ciecz w tzw. Skruberach spływa po wypełnieniu gaz zaś przepływa przez puste przestrzenie między elementami wypełnienia.

14. Podaj tok postępowania przy obliczaniu wymiennika p-r.:

1) obliczyć Q-strumień ciepła z bilansu

2)obliczyć ∆t_m-średni logarytmiczny spadek temperatury

3)wstępnie przyjąć k- współczynnik przenikania ciepła

4)obliczamy powierzchnię wymiany ciepła (rzeczywistą przyjmujemy 25% większą)

5)zakładając prędkość gazu w rurkach w zakresie 10-25m/s obliczamy powierzchnię całkowitą pola przekroju rurek

6)przyjmujemy z norm lub z katalogu produkcji wymiennik ciepła

7)obliczenia cieplne: obliczenie współczynnika wnikania ciepła,

8)obliczamy powierzchnię wymiany ciepła,

9)modyfikujemy długość wymiennika

16. Zalety i wady wymienników spawalnych, skręcanych, lutowych (wymienniki płytowe)

     Lutowane płytowe wymienniki ciepła, dzięki swoim niewątpliwym zaletom, są najszerzej stosowanymi wymiennikami ciepła w wielu gałęziach przemysłu. Kompaktowa i lekka konstrukcja, masowa produkcja płyt przepływowych, zastosowanie najnowszych technik łączenia metali oraz wykorzystanie różnych materiałów lutujących (poza miedzią również niklu i stali kwasoodpornych) sprawiło, że lutowane PHE stosowane są z powodzeniem w aplikacjach z medium agresywnym wobec materiałów uszczelek i – przy wymaganej mniejszej wydajności – zastępują coraz częściej wymienniki skręcane.

Podobne zalety mają wymienniki płytowe spawane, przy czym dodatkowo odznaczają się wyższą odpornością termiczną i mechaniczną w porównaniu do wymienników lutowanych. Do zastosowań w ekstremalRys. 11. Widok ogólny izolacji termicznych płytowych wymienników ciepłanych warunkach pracy pod względem ciśnienia (nawet do 100 bar), temperatury (do +900°C), własności czynników roboczych (oddziaływanie korozyjne) oraz możliwości przepływowych stworzone zostały spawane płaszczowo-płytowe wymienniki ciepła, łączące efektywność działania klasycznych płytowych wymienników ciepła (lutowanych i spawanych) z wydajnością dotychczas spotykaną tylko w tradycyjnych płaszczowo-rurowych wymiennikach ciepła. Poza tym, w odróżnieniu od wymienników płaszczowo-rurowych, spawane wymienniki płaszczowo-płytowe są aparatami odznaczającymi się bardziej kompaktową i hermetyczną konstrukcją, co pozwala na zmniejszenie gabarytów wymienników przy tej samej wydajności cieplnej i przepływowej co wymienniki płaszczoworurowe oraz na zmniejszenie niezbędnej przestrzeni montażowej. Dodatkowo, jako wymienniki o wysokiej efektywności realizacji procesów wymiany ciepła, spawane wymienniki płaszczowo-płytowe cechuje również na stosowanie mniejszych ilości czynników roboczych oraz obniżenie kosztów eksploatacyjnych.
     Zasadniczą wadą nierozbieralnych płytowych wymienników ciepła jest brak dostępu do powierzchni wymiany ciepła w celu przeprowadzenia czynności konserwacyjnych oraz brak możliwości elastycznego dostosowania wydajności do zmieniającego się zapotrzebowania, tak jak to jest w wymiennikach skręcanych. Jednak zdecydowana przewaga zalet sprawia, że nierozbieralne płytowe wymienniki ciepła będą odgrywać coraz większą rolę w każdej niemal gałęzi przemysłu.

17. Opisać płyty, jodełki (wymienniki płytowe)

18. Typy przegród w wymienniku:

-Poprzeczna
-wzdłużna

-HELIKOIDALNA wymienniki z przegrodami helikoidalnymi są najnowszą konstrukcją wymienników płaszczowo-rurowych, w których przegrody przestrzeni międzyrurowej umieszczone są wzdłuż linii śrubowej. Każdy segment przegrody obejmuje około 1/4 pola przekroju wymiennika. Takie usytuowanie przegród powoduje płynny przepływ czynnika w przestrzeni międzyrurowej.

19. W jakim celu stosujemy przegrody w wymienniku?

*W celu zwiększenia prędkości czynnika płynącego w przestrzeni międzyrurowej, by poprawić jakość przekazywania ciepła między czynnikami ciepłym i gorącym

*W celu wydłużenia drogi, a co za tym idzie zwiększenia czasu, w którym czynnik gorący i zimny będą wymieniać ze sobą ciepło. Ma to na celu głównie uzyskanie odpowiednich dla interesującego nas procesu parametrów końcowych (temperatur czynników).

*W celu zwiększenia pola wymiany ciepła.

20. Nazwij wskazane na rysunku elementy wymiennika płaszczowo-rurowego

1. płaszcz; 2 – dno sitowe; 3 – rura; 4 – kompensator soczewkowy; 5, 6, 7, 8, – króćce; 9 – komora wlotowa lub wylotowa; 10 – łapa.

21. Wymiana ciepła przez ściankę płaską, rozkład temp., opis, rysunek.

22. Narysuj układ połączeń w płytowym wymienniku ciepła.

24. Narysować linią przepływ czynnika w przestrzeni rurowej

„czynnik chłodniczy”

25. Podaj wzór na powierzchnię wymiany ciepła.

F=Q/[k*(t1-t2)]
gdzie:
F- powierzchnia wymiany ciepła
Q- ciepło
k- współczynnik przenikania ciepła
t1, t2- temperatury w kelwinach czynnika 1- gorącego, 2- zimnego
wzór ten wynika z przekształcenia równania przenikania ciepła ze względu na zmienną F [m2]