Градиента температуры
В связи с естественной конвекцией в разд. 2.3 было введено понятие подъемной силы. Если создается перепад плотностей двух соседних масс жидкости вследствие градиента температур, то в таком случае менее плотная жидкость под действие подъемной силы должна всплыть над остальной жидкостью. Подъемная сила (на единицу объема) определяется по формуле g(poo — р) , где g — ускорение свободного падения. В жидкости эта сила наталкивается на противодействие силы вязкого сопротивления. Односительное значение вязких сил выражается числом Грасгофа [соотношение (2.41)]. Понятие факел, формируемый восходящими потоками, используется для описания конвективного восходящего потока над источником тепла. Структура этого факела определяется его взаимодействием с окружающей жидкостью. Из интуитивных соображений можно предположить, что температура внутри факела зависит от мощности источника (т. е. от интенсивности тепловыделения) и от высоты над источником; это предположение может быть подкреплено теоретическим расчетом.
В реальных условиях различие температур в центре и на периферии оказывается значительно меньшим, так как теплоемкости обеих газовых сред различны и зависят от температуры и степени диссоциации продуктов реакции (см. гл. 4). Все же это явление, называемое Махе-эффектом, связано с возникновением градиента температур в несколько сот градусов, что существенно для некоторых технических процессов. Поскольку интенсивность теплового излучения сильно зависит от температуры, яркость свечения продуктов сгорания гораздо выше в центре камеры сгорания, где,оно появляется уже после завершения процесса горения. В ряде случаев это давало повод для ошибочного предположения о неполно-
Так как дуговые печи имеют периодический характер работы, температура рабочей поверхности футеровки по ходу плавки колеблется от 1400 до 1800 °С и выше. Колебания температуры зависят также от интенсивного облучения кладки дугами и являются основной причиной временного градиента температур по толщине футеровки. Скорость изменения температуры может достигать 50— 70 °С/мин. Температура футеровки печи возрастает с увеличением вместимости печи (табл. 4.34).
Появление трещин на границе плотной и наименее измененной зон, а также рабочей и плотной зон является следствием различия ТКЛР и прочности этих зон при высоких температурах, а также проявлением усталостных явлений при росте механических нагрузок и др. Другой причиной тре-щинообразования и скалывания является возникновение напряжений под воздействием градиента температур, возникающего при быстром нагревании, что наблюдается в рабочих зонах сводовых изделий при отведении свода ДСП при завалке шихты. Кроме образования трещин и скалывания, разрушение футеровки ДСП происходит путем оплавления и эрозии рабочей поверхности огнеупора.
При применении обязательной в современных печах тепловой изоляции варочного бассейна наблюдается резкое снижение тепловых потерь через дно (до 1400—1630 Вт/м2) и градиента температур по глубине вследствие повышения температуры придонных слоев стекломассы на 250—300 "С, что способствует значительному увеличению удельной производительности стекловаренной печи, но усиливает корродирующее воздействие стекломассы на огнеупорную кладку дна. Последнее связано не только с повышением температуры, но и с наличием в придонных слоях при температурах выше 1200 "С агрессивных фаялитовых расплавов, образующихся вследствие не-
По типу агрессивного воздействия и характеру разрушения насадку регенератора стекловаренной печи можно разделить по высоте на три зоны. Огнеупоры верхней зоны (10—20 % высоты) подвержены воздействию градиента температур, легкоплавких щелочных компонентов (главным образом соды) и твердых летучих компонентов шихты (песка, доломита, известняка, полевого шпата). В средней зоне (60—80 % высоты) осаждается значительно меньшее количество щелочных компонентов; разрушение огнеупоров в основном связано с взаимодействием серного ангидрида с пе-риклазом в верхних участках этой зоны и с конденсацией агрессивных летучих компонентов, главным образом сульфатов щелочных металлов, в средних и нижних участках этой зоны при 800—900 "С. В нижней зоне (10—
20 % высоты) насадки могут быть частично подвержены коррозионному воздействию конденсирующихся сульфатных соединений, но в основном они подвержены действию градиента температур, особенно самые нижние ряды.
Характер разрушения аналогичен зоне декаборнизации, но проявляется чаще и в более интенсивной форме; под влиянием градиента температур в изделиях формируются зоны.
Под влиянием градиента температур и химического взаимодействия с обжигаемым материалом в огнеупорной футеровке вращающейся печи формируется зональное строение. В хромитопериклазовых изделиях, применяемых в футеровке зон обжига, образуются наименее измененная зона у корпуса печи, переходная и рабочая с гарнисажным слоем. Каждая зона имеет свой химико-минеральный состав (табл. 9.10). В наименее измененной зоне присутствуют те же фазы, что и в соответствующих изделиях до службы. Переходная зона отличается повышенной плотностью за счет миграции силикатов из горячей (рабочей) зоны. Силикаты имеют магниево-кальцие-вый состав и представлены мервинитом и монтичеллитом, реже форстеритом. Наибольшие изменения претерпевает рабочая зона изделий, в которой обра-
ного одноосного растяжения, учитывающих влияние градиента температур по толщине, с использованием приближенной формулы
частях (определялось по показаниям термопар Т8 и Г9, которые были расположены напротив наиболее удаленных точек дифференциальных термопар, регистрирующих отвод тепла, т.е. наличие градиента температур). Термопара Т]0 (рис. 13.24, б) регистрировала температуру разогрева экрана, находившегося на некотором расстоянии от образца и служившего для определения количества тепла, отводимого путем излучения (оно оказалось пренебрежимо малым).
случае можно проигнорировать горение в зоне предварительного нагрева (зона 1), где температура меньше температуры псевдовоспламенения (Tj на рис. 3.15). На основе этого допущения можно при выводе выражений для градиента температуры в точке х = о (где Т = Tj) рассматривать первую и вторую зоны отдельно. Указанные выражения затем приравниваются друг другу. С помощью этой процедуры, которая предложена Зальдовичем и Франк-Каменецким [207], можно вывести выражение для нормальной скорости горения
В вихревых аппаратах возможно проведение процесса конденсации в объеме и сепарации аэрозолей при условиях, когда этого нельзя достичь и при более низких температурах в известных конструкциях аппаратов, вследствие течения этих процессов при наличии градиента температуры и давления, поля центробежных сил и других факторов.
Истинная разность температур, обусловленная этим явлением, которое называется Махе»зффектом, заметно меньше, вследствие зависимости состава продуктов сгорания и их эффективных теплоемкостей от температуры и давления. Тем не менее Махе-эффект приводит к возникновению градиента температуры в несколько сот градусов. Если заменить жесткую бомбу свободно расширяющейся оболочкой, горение происходит при постоянном давлении, и температура продуктов реакции во всех точках до начала охлаждения одинакова.
В действительности закономерности неизотермической диффузии сложнее, чем в описанном элементарном представлении. В зоне переменных температур возникает явление термодиффузии. Оно заключается в том, что величина диффузионного потока зависит также и от градиента температуры, и наоборот, тепловой поток зависит от разности концентраций. Это усложняет выражения для теплового и диффузионного потоков, приводя к появлению в них дополнительных слагаемых.
Для определения безразмерной скорости пламени т достаточно найти одно значение безразмерного градиента температуры при произвольном значении г в области II. Анализ уравнения (3.58) позволяет определить верхний и нижний пределы величины
Ввиду значительно большего, чем в случае самовоспламенения, градиента температуры, при котором переносится тепло, газ, нагретый адиабатическим сжатием, охлаждается быстро; поэтому период индукции адиабатического воспламенения та невелик. Расчеты и опыт показывают, что в трубе диаметром 2,1 см при минимально возможной температуре адиабатического воспламенения стехиометрической смеси 2Н2 + О2 Tamln = 850° К, абсолютном давлении ра = 1 am, Т0 = 475° К, ta = 0,02 — 0,03 сек. С повышением Т а величина та быстро уменьшается. Критическая температура при адиабатическом воспламенении в аналогичных условиях вследствие более интенсивного теплоотвода от реагирующего газа несколько выше, чем для самовоспламенения (теплового). Расчеты, учитывающие эти различия (для цилиндрического сосуда), приводят к выражению _
Для рассматриваемой тонкой зоны кондуктивного теплоотвода, в пределах которой уравнения (9.1) и (9.3) остаются в силе, градиент температуры непрерывно возрастает от нуля (при Тг = Ts) до некоторого постоянного значения, соответствующего режиму, при котором Ф «» 0 (в силу экспоненциальной зависимости скорости реакции от температуры). Это предельное значение градиента температуры (dT/dx)Kp, а значит и соответствующего теплового потока дкр из зоны реакции, можно найти интегрированием уравнения (9.3) в сделанных предположениях. Распространяя интегрирование до Т = =. Т0 (поскольку здесь Ф я» 0), запишем
Закономерности неизотермической диффузии в действительности сложнее описанных, так как в неизотермической зоне возникает явление термодиффузии. Диффузионный поток зависит также от градиента температуры и наоборот, тепловой поток — от разности концентраций. В выражениях для теплового и диффузионного потоков появляются дополнительные слагаемые. Этот эффект, называемый термодиффузионным, возрастает с увеличением различия молекулярных масс компонентов. В неоднородном температурном поле, содержащем однородную смесь легкого и тяжёлого газов, ^происходит их разделение: легкий компонент накапливается в зоне высокой температуры и наоборот.
Скорость радиационного нагревания резервуаров практически произвольных размеров очень невелика. Для расстояния 2,5 диаметра резервуара, когда поток лучистого тепла опасен в отношении загорания древесины, скорость нагревания реальных емкостей не превышает 10°С/ч, облучаемый резервуар существенно не разогревается. Это обусловлено большой массой нагреваемого тела. Вряд ли возможны и существенные местные перегревы жидкости: возникновение в ней заметного градиента температуры приведет к появлению конвективных потоков, устраняющих неоднородность. Однако практика подтверждает возможность поджигания жидкости в резервуаре при его облучении факелом от'соседне-
В вихревых аппаратах возможно проведение процесса конденсации в объеме и сепарации аэрозолей при условиях, когда этого нельзя достичь и при более низких температурах в известных конструкциях аппаратов, вследствие течения этих процессов при наличии градиента температуры и давления, поля центробежных сил и других факторов.
ние относительно функции распределения j(r, v, t). Физический смысл имеет величина fir, v, t) dr, dv. Это вероятное число молекул, находящихся в момент времени t в элементе объема (г. r+dr) и обладающих скоростями от v до v+dv. Для вычисления коэффициента теплопроводности надо решать уравнение Больцмана при наличии градиента температуры.
 Читайте далее:
 Гидростатическим давлением
Герметичность фланцевых
Гигиенические нормативы
Гигиенических сертификатов
Гигиеническим требованиям
Гигиеническое нормирование
Гигиеническом отношении
Главгазом минжилкомхоза
Глутаконового альдегида
Головокружение сонливость
Горизонтальных электродов
Горизонтальных резервуаров
Герметичности аппаратов
Газированной подсоленной
Горизонтальном положении
|
