• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тема 1. Перенос теплоты теплопроводностью

u

Інфраструктура підприємства — це комплекс цехів, господарств і служб підприємства, які забезпечують необхідні умови для функціонування підприємства в цілому.

Примітка: Розрізняють виробничу та соціальну інфраструктуру підприємства.

Виробнича інфраструктура — це сукупність підрозділів, які прямо не беруть участі у створенні профільної (основної) продукції, але своєю діяльністю створюють необхідні умови для успішного функціонування основних виробничих цехів. Її основними складовими виступають:

— допоміжні та обслуговуючі цехи (дільниці) та господарства;

— комунікаційні мережі, магістральні об’єкти;

— засоби збору, обробки та зберігання інформації;

— природоохоронні споруди.

Особливості функціонування виробничої інфраструктури (її елементів):

— результат її діяльності — це послуги виробничого характеру;

— її “продукція” не існує самостійно, поза виробничим процесом: діяльність виробничої інфраструктури та її елементів детермінується основним виробництвом підприємства;

— відносна територіальна незалежність елементів виробничої інфраструктури;

— відносна господарська самостійність: її елементи функціонують як самостійні структурні підрозділи (інструментальний, енергетичний, ремонтно-механічний та транспортні цехи);

Основні фактори, які стримують розвиток виробничої інфраструктури (особливо актуально для малих та середніх підприємств):

— роздробленість допоміжних та обслуговуючих служб;

— низький рівень їх спеціалізації, відставання у технології та організації праці;

— низький рівень механізації та автоматизації;

— високий рівень витрат виконання робіт та надання послуг.

v

Ремонт — це процес відновлення початкової дієспроможності устаткування, яку було втрачено в результаті виробничого використання.

Примітка: Склад і структура ремонтного господарства залежить від загальної та виробничої структури підприємства, характеру засобів праці, обсягу ремонтних робіт, рівня спеціалізації та інших факторів.

Основні форми ремонтно-профілактичних (ремонтно-попереджувальних) робіт (в залежності від масштабів виробництва):

— централізована — весь персонал ремонтників підпорядковано головному механіку;

— децентралізована — всі види ремонтних робіт виконуються персоналом цехових ремонтних баз, що підпорядковані начальникам цехів;

— змішана — поєднує в собі централізовану і децентралізовану форму: ТО і поточний ремонт здійснює персонал ремонтників виробничих цехів, а капітальний ремонт, модернізацію, виготовлення запасних частин і нестандартного устаткування — персонал РМЦ.

Основні розділи плану роботи ремонтно-механічного цеху (РМЦ) (розробляється відділом головного механіка підприємства за участі планово-економічного відділу):

1) виробнича програма — складається в номенклатурному вираженні та трудомісткості. Вона передбачає проведення:

— технічного (міжремонтного) обслуговування (ТО) — усунення дрібних несправностей устаткування, проведення оглядів стану окремих вузлів та агрегатів, здійснення заміни мастила та регулювання певних механізмів;

— періодичних планових ремонтів (ППР). Залежно від обсягу, складності й терміну проведення робіт поділяються на:

— капітальний ремонт — найбільший за обсягом та складністю вид ремонту. Передбачає повне розбирання; ремонт відпрацьованих деталей та вузлів; заміна тих, що не підлягають ремонту; регулювання й випробування під навантаженням;

— середній ремонт — поточний ремонт, який передбачає часткове розбирання обладнання, заміну спрацьованих вузлів, випробування та регулювання;

— малий ремонт — поточний ремонт, який полягає в заміні невеликої кількості зношених деталей, а також у регулюванні обладнання. Він забезпечує дієздатність обладнання до наступного планового ремонту;

— модернізації — сукупності організаційно-технічних заходів із покращення основних параметрів і характеристик агрегатів. Передбачає часткову заміну окремих деталей і вузлів більш досконалими, а також застосування спеціальних приладів та пристроїв.

Примітки: 1. Роботи з ТО і ремонту устаткування плануються у формі перспективного плану, річних і місячних планів-графіків ППР по кожному об’єкту обладнання;

2. Виробнича програма РМЦ визначається згідно графіка ППР. При цьому річний графік ППР складається:

— відповідно до норм тривалості ремонтного циклу — проміжку часу між двома капітальними ремонтами або між початком експлуатації та першим капітальним ремонтом;

— відповідно до норм тривалості міжремонтного (міжоглядового) періодів — проміжків часу роботи устаткування чи іншого засобу праці між двома суміжними (черговими) ремонтами (оглядами);

— з урахуванням структури ремонтного циклу — переліку і послідовності планових ремонтів, процесів технічного обслуговування в межах одного ремонтного циклу.

2) чисельність та заробітна плата. Визначається трудомісткістю та матеріаломісткістю ремонту і технічного обслуговування обладнання.

Примітки: 1. Трудомісткість і матеріаломісткість ремонту і ТО залежить від його конструкторських особливостей. За цією ознакою все обладнання розподілене за категоріями складності;

2. Трудомісткість ремонтних робіт визначається через трудомісткість одиниці складності ремонту.

3) собівартість ремонтних робіт. Планування собівартості виробництва РМЦ передбачає складання загального цехового кошторису витрат; кошторисів на виконання капітального, середнього ремонтів та проведення ТО (міжремонтного обслуговування).

w

Основне завдання енергетичного господарства підприємства — надійне та безперебійне забезпечення підприємства всіма видами енергії встановлених параметрів з мінімальними її втратами.

Примітка: Плановий обсяг і структура енергоресурсів залежать від потужності підприємства, виду продукції, характеру технологічних процесів, та особливостей зовнішніх систем енергозабезпечення підприємства.

Основні складові енергетичного господарства підприємства:

— електросилове — електричні підстанції, генераторні і трансформаторні установки, електричні мережі, акумуляторне господарство;

— теплосилове (паросилове) — котельні, компресори, теплосилові мережі, водопостачання, каналізація;

— газове — газогенераторні станції, газові мережі, холодильні та вентиляційні установки;

— пічне — нагрівальні й термічні печі;

— слабкострумове — власна телефонна станція, різні види зв’язку;

— енергоремонтне — ТО, ремонт і модернізація різноманітного енергообладнання.

При розрахунку потреби в енергії необхідно враховувати виробничу програму на плановий період, прогресивні норми витрат енергоресурсів на одиницю продукції та власні потреби, організаційно-технічні заходи підприємства, відпуск енергії за межі підприємства, норми втрат енергії в мережах.

Примітки: 1. На практиці застосовують два підходи до класифікації норм енергоспоживання:

1-й підхід: норми витрат енергії поділяються на:

— прямі (на одиницю продукції чи робіт);

— непрямі (на одиницю часу роботи обладнання);

2-й підхід: норми витрат енергії поділяються на:

— операційні (агрегатні);

— сумарні (цехові, заводські);

2. Норми визначаються на підставі проведених випробувань, а також шляхом вивчення фактичної роботи устаткування

Загальна потреба в енергії (в кВт·год.) визначається:

де Е^пл — планова норма витрат палива та енергії на одиницю продукції;

Q^пл — плановий обсяг випуску продукції в натуральному або вартісному виразі;

Е_вл — витрати енергії на власні потреби (опалення, вентиляцію, освітлення та ін.);

Е_ст — обсяг енергії, яка відпускається стороннім споживачам;

Е_вт — втрати енергії в електромережах.

Кількість електричної енергії для технологічних цілей розраховується:

1) на основі планової програми — для масового та великосерійного виробництва:

де п_н — кількість найменувань виробів;

П_об — потужність, яка використовується при обробці одного виробу, кВт;

НМЧ — норма машинного часу на обробку одного виробу, год.;

п_в — кількість виробів одного найменування, шт. / рік;

К — коефіцієнт, який враховує втрати електроенергії.

2) за потужністю встановленого устаткування — в одиничному та дрібносерійному виробництві, а також для орієнтовної оцінки (спрощені приблизні розрахунки) в масовому та великосерійному виробництві:

де ΣП — загальна потужність встановленого устаткування, кВт;

ФРЧ — фонд робочого часу цеху, год. / рік;

К₁ — коефіцієнт використання устаткування за потужністю;

К₂ — коефіцієнт використання устаткування в часі;

К₃ — коефіцієнт машинного часу (визначається відношенням машинного часу до штучно-калькуляційного);

К₄ — коефіцієнт, що враховує втрати електроенергії в мережах.

Енергетичний баланс — це система взаємопов’язаних показників, що характеризують потребу підприємства у різних видах енергії, та джерела її покриття. Енергетичні баланси розрізняють (класифікують):

— за періодом складання: перспективні, поточні, звітні;

— за видами енергоносіїв: конкретні — за видами енергії і палива; зведені — за сумою всіх видів енергії в однорідних одиницях (кВт·годинах, тоннах умовного палива);

— за енергетичними процесами: силові, високотемпературні (понад 500°С); середньотемпературні (500°– 200°С), низькотемпературні (нижче 200°С); освітлювальні;

— за цеховим призначенням енергії: опалення, освітлення, вентиляцію;

— за об’єктами споживання: підприємство, цех, дільниця, вид технічного обладнання.

Побудову енергетичного балансу починають із його витратної частини...

Складові витратної частини енергетичного балансу:

1) планування потреби підприємства в усіх видах палива і енергії;

2) розрахунок втрат енергії в мережі та перетворювальних пристроях.

Складові дохідної частини (джерел покриття потреби в енергії) енергетичного балансу:

1) розрахунок обсягів енергії (палива) отриманих від районних енергосистем та власних генеруючих установок;

2) проектування режимів роботи агрегатів і розробку балансів генеруючих установок;

3) визначення кількості енергії, що відпускається на сторону.

Примітка: Енергетичні баланси складаються в двох формах:

— вертикальна (робоча) — за виробничими дільницями та за напрямками використання);

— горизонтальна (аналітична) — за економічною та цільовою ознаками в цілому по підприємству з визначенням обсягу корисної енергії та витрат за місцем виникнення та видами.

Планування діяльності енергетичних цехів здійснюють планово-економічне бюро відділу головного енергетика та економісти цехів.

Основні розділи плану:

1) виробнича програма (складається в натуральному і вартісному вираженнях);

2) чисельність і заробітна плата (робітники енергетичного цеху поділяються на експлуатаційників та ремонтників, їх чисельність визначається за нормативами обслуговування);

3) собівартість. При визначенні загальної суми витрат енергетичного цеху складається кошторис на виробництво (на кожний вид робіт — окремий кошторис).

Примітки: 1. Собівартість послуг на продукцію енергетичних цехів (дільниць) для внутрішньоцехових потреб визначається за прямими витратами, а для внутрішньозаводських потреб — із урахуванням непрямих витрат;

2. Витрати на утримання та експлуатацію загальнозаводських мереж вносять до собівартості відповідного виду енергії.

Лекция 1 . Раздел 1. Введение. Способы переноса теплоты в пространстве

Тема 1. Перенос теплоты теплопроводностью

Тепломассообмен – это наука о закономерностях переноса теплоты и массы вещества в окружающем нас пространстве [1, 2].

Теплообменом, или теплопереносом, называют учение о самопроизвольных необратимых процессах переноса теплоты в пространстве с неодинаковым распределением температур.

Массообменом – называют учение о переносе массы одного компонента смеси относительно другого.

Cпособы переноса теплоты в пространстве. Различают три способа переноса теплоты в пространстве: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность – это процесс распространения теплоты при непосредственном соприкосновении отдельных тел или частей одного и того же тела, имеющих разную температуру. В чистом виде теплопроводность имеет место в твердых телах и тонких прослойках жидкости и газа.

Конвекцией теплоты называется перенос теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды. Таким образом, в жидкостях и газах теплота передается конвекцией и теплопроводностью. Совместный перенос теплоты теплопроводностью и конвекцией называют конвективным теплообменом.

Тепловое излучение – это процесс распространения тепловой энергии с помощью электромагнитных волн. Тепловое излучение не связано с вещественностью среды и может иметь место в вакууме.

Процессы теплоотдачи и теплопередачи. В технике перенос теплоты очень часто происходит совместно всеми тремя способами, т.е. имеет место сложный теплообмен. Среди сложных процессов переноса теплоты наибольшее значение имеют процессы теплоотдачи и теплопередачи.

Теплоотдача – процесс переноса теплоты от жидкости или газа к твердой стенке (или наоборот).

Теплопередача – процесс передачи теплоты от одной жидкости (или газа) к другой через разделяющую их твердую стенку.

Процесс массообмена. Массообмен – процесс переноса компонента вещества, находящегося в смеси, из области с большей концентрацией этого компонента в область с меньшей концентрацией.

Различают молекулярный и молярный массообмен. Молекулярный массообмен происходит в результате движения молекул (проникновения молекул одного компонента в межмолекулярное пространство другого компонента), поэтому его еще называют диффузионным массообменом. Примером диффузионного массообмена является перенос распыленного из баллончика аэрозоля в неподвижном воздухе комнаты по всему ее объему. Аналогично мокрая одежда, находящаяся в комнате, высыхает, поскольку водяной пар с высокой концентрацией, окружающий одежду, диффундирует в более сухой воздух.

Молярный, или конвективный, массообмен происходит за счет движения молей (т.е. большого количества молекул) среды. Например, если на мокрую одежду направить создаваемый вентилятором поток воздуха, то водяной пар, окружающий одежду, будет разноситься этим потоком по всей комнате.

Сплошная среда. Изотропные и анизотропные среды. Пространство, в котором протекают процессы тепло – и массопереноса, рассматривается как сплошная среда (континуум), т.е. среда, дискретностью строения которой пренебрегают.

Различают изотропные и анизотропные среды. В изотропной среде в любой ее точке физические свойства не зависят от выбранного направления. В анизотропной среде некоторые свойства в данной точке могут быть функцией направления.

Замечание. Индексами «с» и «» будем обозначать параметры, характеризующие соответственно поверхность (стенку) и жидкость. Например: – температура стенки,– температура жидкости. Под жидкостью понимается любая текучая среда: вода, воздух и т.п.

Виды тепловых потоков. Для количественной характеристики переноса теплоты используются следующие виды тепловых потоков:

_, Дж – полное количество теплоты, которое передается через поверхность (F) тела за время ;

, Дж/с, Вт – тепловой поток – количество теплоты, которое передается через поверхность (F) тела за единицу времени, ;

, Вт/м² – плотность теплового потока – тепловой поток, проходящий через единицу поверхности в единицу времени, . Плотность теплового потока (q) является векторной величиной. Вектор плотности теплового потока изотропного тела направлен перпендикулярно к изотермической поверхности от более нагретой к менее нагретой точке тела;

,Вт/м – линейная плотность теплового потока, т.е. тепловой поток с единицы длины, ;

, Вт/м³ – объемная плотность внутренних источников теплоты, т.е. тепловой поток с одного кубического метра объема тела, . Примером внутренних источников теплоты может быть выделение

теплоты при прохождении электрического тока по проводнику вследствие его сопротивления или выделение теплоты внутри тепловыделяющих элементов ядерных реакторов в ходе ядерной реакции.

Виды потоков массы.Для количественной характеристики переноса массы вводятся понятия:

J, кг/с, – поток массы компонента, т.е. количество вещества, проходящего в единицу времени через выделенную поверхность;

, моль/с, – поток массы компонента на основе мольных представлений;

, кг/(м²×с), – плотность потока массы, т.е. поток массы через единицу поверхности; ;

, моль/(м²·с), – плотность потока массы на основе мольных представлений.

Плотность потока массы () является векторной величиной. Вектор плотности потока массы направлен по нормали к выделенной в среде поверхности в сторону уменьшения концентрации данного компонента.

Закономерности переноса теплоты и массы в своей основе аналогичны. Поэтому при изложении материала сначала будем рассматривать закономерности переноса теплоты, а затем массы вещества.

Изучим перенос теплоты теплопроводностью и перенос массы диффузией, затем конвективный теплообмен и молярный массообмен, отдельно рассмотрим теплообмен излучением, а в конце курса познакомимся с основами теплового расчета теплообменных аппаратов, в которых имеет место сложный теплообмен.

Процесс теплопроводности может иметь место в твердых телах, жидкостях и газах. В жидкостях и газах наряду с теплопроводностью перенос теплоты осуществляется и за счет движения среды (конвекции). В твердых телах теплота передается только теплопроводностью.

Температурное поле. В общем случае процесс передачи теплоты теплопроводностью будет сопровождаться изменением температуры как в пространстве, так и во времени. Основной задачей теории теплопроводности является изучение пространственно-временного изменения температуры, т.е. нахождение зависимости вида

t = f (x, y, z, t ),

где х , у ,z – координаты точек тела; t – время.

Уравнение представляет собой математическое выражение температурного поля в самом общем виде.

Температурным полем называют совокупность мгновенных значений температуры во всех точках среды для каждого момента времени. Температурное поле может быть нестационарным, если температура среды изменяется не только в пространстве, но и с течением времени, и стационарным, если температура тела не изменяется во времени, т.е. является только функцией координат

t = f (x, y, z ) ; ¶ t / ¶ t = 0.

Температура может быть функцией одной, двух и трех координат.

Соответственно этому и температурное поле называется одно-, двух- и трехмерным.

Температурный градиент. При любом температурном поле в среде всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место таких точек образует изотермическую поверхность. Пересечение изотермических поверхностей плоскостью дает на этой плоскости семейство изотерм.

Температура в среде изменяется лишь в направлении, пересекающем изотермы. При этом наиболее сильное изменение температуры получается в направлении нормали к изотермам. Предел отношения изменения температуры между соседними изотермами к расстоянию между ними по нормали называется температурным градиентом и обозначается одним из следующих символов:

.

Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону большей температуры: имеет размерность [К/м].

Основной закон теплопроводности (закон Био-Фурье). Учитывая коллинеарность векторов плотности теплового потока и температурного градиента для изотропных тел, зависимость между ним можно записать в следующем виде:

.

Это уравнение служит математическим выражением закона Био-Фурье – закона распространения теплоты теплопроводностью. Этот закон можно сформулировать следующим образом: вектор плотности теплового

потока в данной точке в данный момент времени пропорционален температурному градиенту в той же точке в тот же момент времени. Уравнение было получено экспериментальным путем для твердых изотропных тел, а в дальнейшем распространено на жидкости и газы. Оно справедливо для стационарных и нестационарных процессов. Для высокоинтенсивных нестационарных процессов линейной связи между плотностью теплового потока и температурным градиентом не наблюдается. Знак минус в правой части уравнения указывает на то, что векторы и направлены в разные стороны (плотность теплового потока направлена в сторону уменьшения, а градиент температуры – в сторону увеличения температуры).

Коэффициент теплопроводности. Коэффициент пропорциональности в уравнении является теплофизическим параметром вещества, характеризующим способность тел проводить теплоту, и имеет размерность [Вт/(м×К)]. На величину влияет много факторов: температура, давление, структура, влажность, агрегатное состояние тела и т.д.

Теплопроводность в газах осуществляется за счет диффузии молекул и столкновения их между собой. Поскольку с ростом температуры скорость движения молекул возрастает, то будет увеличиваться и коэффициент теплопроводности. При заданной температуре от давления практически не зависит (исключение составляют сильно разряженные газы, когда длина свободного пробега молекул сравнима с размерами пространства, занимаемого газом). Коэффициент теплопроводности газов изменяется в пределах 0,006 … 0,6 Вт/(м×К).

В жидкостях перенос теплоты осуществляется упругими волнами (путем обмена энергией при соударениях молекул). капельных жидкостей меняется в диапазоне 0,09…0,7 Вт/(м·К). С ростом температуры теплопроводность у всех жидкостей, за исключением воды и глицерина, уменьшается [12].

В твердых телах (чистых металлах и сплавах) теплота передается в основном за счет движения свободных электронов. Для этих тел коэффициент теплопроводности лежит в пределах 7,5…420 Вт/(м×К). Самыми теплопроводными материалами являются серебро, медь, золото и алюминий. Наличие в металлах примесей снижает диффузию свободных электронов, поэтому сплавов меньше, чем чистых металлов. С повышением температуры для большинства металлов убывает [12].

Теплопроводность сталей зависит не только от наличия примесей, но и от макро- и микроструктуры. У прокатанной стали выше, чем у литой. Теплопроводность закаленной углеродистой стали на 10…25 % ниже, чем незакаленной.

К твердым телам (неметаллам) относится очень обширный класс веществ, начиная от дисперсных материалов до кристаллов. Поэтому и коэффициент теплопроводности неметаллов изменяется в широких пределах 0,02…20 Вт/(м×К), а для некоторых веществ он достигает 60 Вт/(м×К) и выше. Механизм передачи теплоты также разнообразен: в полупроводниках и кристаллах теплота переносится как электронами, так и с помощью упругих колебаний узлов кристаллической решетки (фононов).

Коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов меняется в пределах 0,02…3,0 Вт/(м×К). Как правило, материалы с большой объемной массой имеют и более высокие значения. Для влажного материала значительно выше, чем для сухого и воды в отдельности. Например, для сухого красного кирпича = 0,35 Вт/(м·К), для воды ~ 0,6 Вт/(м×К), а для влажного кирпича = 1,05 Вт/(м·К).

Поскольку коэффициент теплопроводности изменяется с температурой, то при расчетах процессов нагрева (охлаждения) вводят средние значения коэффициентов теплопроводности, которые приводятся в справочниках. Значения для металлов, неметаллов, жидкостей и газов приведены в табл.П.1.

Читайте також:

1. Види переносних значень і переносних вживань
2. Визначення числа одиниць переносу
3. Вимоги до робіт із застосуванням переносних електрич- них світильників.
4. Вогнегасником називається переносне чи пересувне обладнан­ня для гасіння осередків пожежі за рахунок випуску запасеної вогнегасної речовини.
5. Вплив рослин та тваринних організмів на процеси переносу
6. Зв’язок між коефіцієнтами переносу. Властивість газу при низькому тискові
7. Лічильники з послідовним переносом
8. Однозначні та багатозначні слова. Пряме та переносне значення слів. Типи переносних значень
9. Основи масопереносу
10. Пасивний перенос речовин через мембрану
11. Перенос водою
12. Перенос теплоти відбувається за наявності градієнту температур.

Переглядів: 1139