Wymiana ciepła i prawa fizyki w praktyce

Współczynnik przenikania ciepła Kd reprezentuje ilość ciepła, która przepływa przez ściankę cylindryczną o długości 1 m, gdy różnica temperatur między ośrodkami wynosi 1 K.

Powierzchnie użebrowane zwiększają powierzchnię wymiany ciepła, co pozwala na większy przepływ ciepła w danej jednostce czasu. To z kolei poprawia efektywność procesu wymiany ciepła.

Ilość wymienionego ciepła w jednostce czasu obliczana jest za pomocą wzoru podanego w treści, uwzględniającego współczynniki wnikania ciepła, długość rury, różnicę temperatur i parametry geometryczne ścianki.

<p>Współczynnik przenikania ciepła K<del>d</del> jest odwrotnie proporcjonalny do sumy oporów cieplnych poszczególnych warstw ścianki. Im większe opory cieplne, tym mniejszy współczynnik przenikania ciepła.</p> Signup and view all the answers

<p>Przykładami zastosowania wymiany ciepła przez powierzchnie użebrowane są chłodnice w samochodach i radiatory grzewcze w pomieszczeniach.</p> Signup and view all the answers

<p>Napięcie powierzchniowe to zjawisko występujące na granicy faz ciecz-gaz. Wynika ono z sił przyciągania między cząsteczkami płynu na granicy faz.</p> Signup and view all the answers

<p>Prawo Pascala mówi, że ciśnienie przyłożone do zamkniętej cieczy rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach. Zastosowanie: hydrauliczne podnośniki, hamulce hydrauliczne, prasy hydrauliczne.</p> Signup and view all the answers

<p>Prawo Archimedesa mówi, że ciało zanurzone w cieczy doznaje siły wyporu równej ciężarowi wypartej cieczy. Przykład: łódź pływająca na wodzie, balony wypełnione helem.</p> Signup and view all the answers

<p>Tarcie wewnętrzne w płynach to opór wewnętrzny, jaki pojawia się w ruchu płynu. Związany jest z lepkością płynu. Równanie: $\tau = \eta\frac{\text{du}}{\text{dx}}$, gdzie τ to naprężenie styczne, η - dynamiczny współczynnik lepkości, du/dx - gradient prędkości.</p> Signup and view all the answers

<p>Równanie ciągłości strugi mówi: $S_1v_1 = S_2v_2$. Wynika ono z zasady zachowania masy, która mówi, że masa płynu w danym układzie pozostaje stała.</p> Signup and view all the answers

<p>Tarcie wewnętrzne zachodzi między cząsteczkami płynu, podczas gdy tarcie zewnętrzne występuje na granicy między płynem a powierzchnią stałą. Tarcie wewnętrzne opisuje się dynamicznym współczynnikiem lepkości, tarcie zewnętrzne - współczynnikiem tarcia.</p> Signup and view all the answers

<p>Płyn doskonały jest modelem teoretycznym, który charakteryzuje się brakiem lepkości, ściśliwości i tarcia wewnętrznego. Jest to uproszczenie, które jest przydatne do opisu niektórych zjawisk w mechanice płynów.</p> Signup and view all the answers

<p>Napięcie powierzchniowe jest odpowiedzialne za zjawiska kapilarne, które dotyczą ruchu cieczy w wąskich przestrzeniach, takich jak kapilary. Napięcie powierzchniowe sprawia, że ciecz &quot;wspina&quot; się po ściankach kapilary, tworząc menisk.</p> Signup and view all the answers

<p>Człon $\frac{u_{1}^{2}}{2}$ reprezentuje energię kinetyczną płynu, czyli energię związaną z jego ruchem.</p> Signup and view all the answers

<p>Człon $\frac{p_{1}}{\gamma}$ reprezentuje energię potencjalną płynu związaną z ciśnieniem, czyli energię potencjalną grawitacyjną na jednostkę objętości.</p> Signup and view all the answers

<p>Liczba Reynoldsa jest definiowana jako stosunek sił bezwładności do sił lepkości w przepływie(Re=ρvd/μ). Jej wartość określa charakter przepływu: dla małych wartości Re przepływ jest laminarny, a dla dużych - turbulentny.</p> Signup and view all the answers

<p>Równanie Bernoulliego zakłada, że płyn jest doskonały, czyli nieściśliwy, bezlepki i nierotacyjny. Dodatkowo, zakładamy stały przepływ płynu i brak zewnętrznych sił.</p> Signup and view all the answers

<p>Równanie Naviera-Stokesa opisuje ruch lepkiej, nieściśliwej cieczy. Jest to nieliniowe równanie różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu, które uwzględnia siły lepkości i siły masowe działające na płyn.</p> Signup and view all the answers

<p>Każdy człon równania ma wymiar ciśnienia, czyli $Pa$ (Pascal) lub $kg/m*s^{2}$.</p> Signup and view all the answers

<p>Głównym czynnikiem wpływającym na przejście przepływu z laminarnego do turbulentnego jest liczba Reynoldsa. Przepływ staje się turbulentny, gdy liczba Reynoldsa przekracza pewną krytyczną wartość.</p> Signup and view all the answers

<p>Numeryczne rozwiązywanie równania Naviera-Stokesa znajduje szerokie zastosowanie w inżynierii, na przykład w projektowaniu samolotów, turbin wiatrowych, czy systemów hydraulicznych. Umożliwia ono symulację złożonych przepływów płynów i optymalizację konstrukcji.</p> Signup and view all the answers

<p>Liczba Grashofa (Gr) wyraa stosunek si wyporu do si lepkociowych w pynie. W przypadku konwekcji swobodnej w przestrzeni nieograniczonej, wiksza liczba Grashofa oznacza silniejszy ruch pynu wywoany rnicami temperatur.</p> Signup and view all the answers

<p>Przyjmuje si, e w nieskoczonoci prdko pynu dy do zera (u0 gdy r), a temperatura pynu asymptotycznie dy do temperatury otoczenia.</p> Signup and view all the answers

<p>Nu = f(GrPr)</p> Signup and view all the answers

<p>W konwekcji swobodnej w przestrzeni ograniczonej ruch pynu jest dodatkowo ksztatowany przez obecno cian lub innych elementw graniczcych, co wpywa na struktur przepywu.</p> Signup and view all the answers

<p>W przestrzeni nieograniczonej zakada si, e prdko pynu zanika w nieskoczonoci, a temperatura asymptotycznie dy do temperatury otoczenia. W przestrzeni ograniczonej zakada si natomiast, e prdko pynu na cianach jest rwna zero (brak polizgu), a na cianach panuj okrelone warunki termiczne (np. staa temperatura lub przepyw ciepa).</p> Signup and view all the answers

<p>Obecno cian w przestrzeni ograniczonej prowadzi do powstania warstw granicznych dla prdkoci i temperatury w pobliu tych cian. Te warstwy graniczne wpywaj na struktur przepywu konwekcyjnego.</p> Signup and view all the answers

<p>Modelowanie konwekcji swobodnej w przestrzeni nieograniczonej opiera si na uproszczonych zaoeniach dotyczcych warunkw brzegowych i wpywu granic. W przestrzeni ograniczonej modelowanie jest bardziej zoone i wymaga uwzgldnienia skomplikowanej geometrii i warunkw brzegowych na cianach.</p> Signup and view all the answers

<p>Liczba Prandtl'a (Pr) okrela stosunek dyfuzji pdu do dyfuzji ciepa. W konwekcji swobodnej Pr wpywa na struktur przepywu i rozkad temperatury, poniewa okrela wzgldne znaczenie przenoszenia ciepa przez konwekcj i dyfuzj.</p> Signup and view all the answers

<p>Zaleno ta jest okrelana jako efektywno mieszania i jest zalena od liczby obrotw mieszada.</p> Signup and view all the answers

<p>Trzy zakresy to: Re &lt; 10 (mieszanie uwarstwione), 10 &lt; Re &lt; 10^3^ (mieszanie przejciowe) i Re &gt; 10^4^ (mieszanie burzliwe).</p> Signup and view all the answers

<p>Wykadnik potgi przy kryterium Froude'a dla mieszania uwarstwionego jest rwny zeru (Bm = 0).</p> Signup and view all the answers

<p>Moc mieszania (N) jest proporcjonalna do szecianu rednicy mieszada (d), kwadratu liczby obrotw mieszada (n) i lepkoci pynu (n<del>L</del>).</p> Signup and view all the answers

<p>Liczba Froude'a nie odgrywa wyranej roli w mieszaniu przejciowym (B = 0).</p> Signup and view all the answers

<p>Kt nachylenia odcinka DE zmienia si w zakresie 130 &lt; &lt; 180.</p> Signup and view all the answers

<p>Mieszanie burzliwe charakteryzuje si tym, e liczba Reynoldsa jest wiksza od 10^4^.</p> Signup and view all the answers

<p>Wzr na wyznaczenie mocy mieszania w przypadku mieszania uwarstwionego to N = K dnn<del>L</del>, gdzie K jest sta zalen od geometrii mieszada.</p> Signup and view all the answers

<p>Główna różnica polega na kącie nachylenia linii operacyjnej. Dla górnej części kąt α jest w przedziale 0-45°, a tgα jest w przedziale od 0 do 1. Natomiast dla dolnej części, kąt α' jest w przedziale 45-90°, a tgα' jest równy lub większy niż 1.</p> Signup and view all the answers

<p>Liczba trójkątów prostokątnych na linii operacyjnej odpowiada liczbie koniecznych półek teoretycznych dla danej kolumny. Każdy trójkąt reprezentuje teoretyczną półkę, która zapewnia odpowiednie warunki do rozdzielenia strumienia cieczy i pary.</p> Signup and view all the answers

<p>Stan cieplny surówki nie ma bezpośredniego wpływu na przebieg górnej linii operacyjnej, ponieważ równanie tej linii nie zawiera parametru e (entalpii surówki).</p> Signup and view all the answers

<p>Pięć stanów cieplnych surówki to: 1) surówka o temperaturze niższej niż temperatura wrzenia (e &lt; 1); 2) surówka wpływająca do kolumny w temperaturze wrzenia (e = 1); 3) surówka wpływająca do kolumny w postaci mieszaniny wrzącej cieczy i pary nasyconej (0 &lt; e &lt; 1); 4) surówka wpływająca na półkę zasilania w postaci suchej pary nasyconej (e = 0); 5) surówka wpływająca do kolumny w postaci pary przegrzanej (e &lt; 0). Różnią się one od siebie wartością entalpii e.</p> Signup and view all the answers

<p>Różnica między entalpią pary suchej (i'') a entalpią surówki (i<del>F</del>) reprezentuje ilość ciepła, którą należy dostarczyć 1 kmol surówki, aby zmienić ją w nasyconą parę suchą.</p> Signup and view all the answers

<p>Górna część kolumny charakteryzuje się mniejszym natężeniem przepływu w porównaniu z dolną częścią. W górnej części, stężenie składnika bardziej lotnego jest wyższe zarówno w cieczy, jak i w parze. Natomiast w dolnej części, stężenie składnika bardziej lotnego jest niższe, zwłaszcza w cieczy.</p> Signup and view all the answers

<p>Parametr <strong>e</strong> (entalpia surówki) pojawia się w równaniu linii operacyjnej dla dolnej części kolumny, ponieważ stan cieplny surówki wpływa na bilans cieplny w tej części. W górnej części kolumny stan cieplny surówki nie ma znaczenia, ponieważ głównym celem jest oddzielenie składnika bardziej lotnego, a nie zmiana jego stanu cieplnego.</p> Signup and view all the answers

<p>Molowe natężenie przepływu pozostałej cieczy zawracanej do kolumny (L) to strumień cieczy, który powraca do górnej części kolumny. Natomiast molowe natężenie przepływu cieczy płynącej w dolnej części kolumny (L') obejmuje strumień cieczy, który jest zawracany do górnej części kolumny, plus strumień cieczy wyczerpanej (W), która opuszcza kolumnę rektyfikacyjną.</p> Signup and view all the answers