Методические рекомендации к изучению дисциплины и к организации самостоятельной работы студентов для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск (стр. 22 из 29)
а) 
; б) 
; в) Ñ2t = 0.
4.14.4 Тесты к занятию № 4
1. Основное уравнение стационарной теплопередачи для холодильника имеет вид:
а) Q = aF(t1 – t2);
б) Q = KF(t1 – t2);
в) Q = aF(t1 – t2)t;
г) Q = l/d×F(t1 – t2);
д) Q = KFΔtср.
2. Основное уравнение теплопередачи в виде Q = KF(t1 – t2) справедливо для процессов теплопереноса…
а) с постоянными температурами теплоносителей;
б) стационарного процесса теплопереноса;
в) с постоянными значениями коэффициента теплопередачи вдоль теплопередающей поверхности;
г) стационарного процесса теплопереноса с постоянными значениями температур теплоносителей и коэффициента теплопередачи вдоль теплопередающей поверхности.
3. Средняя разность температур зависит от взаимного направления движения теплоносителей…
а) всегда;
б) если изменяются температуры обоих теплоносителей;
в) если изменяется температура хотя бы одного теплоносителя.
4. Гидродинамическая структура потоков теплоносителей…
а) влияет;
б) не влияет на среднюю движущую силу тепловых процессов?
5. Если Dtн = 0, то…
а) Dtср= Dtк ; б) Dtср = Dtн ; в) Dtср= Dtк /2; г) Dtср= 0.
6. Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество тепла передается в единицу времени через 1 м2 теплопередающей поверхности при разности температур в 1 К…
а) от теплоносителя к стенке;
б) от стенки к теплоносителю;
в) от горячего теплоносителя к холодному.
7. Размерность коэффициента теплопередачи:
а) Дж/(м2∙К); б)Вт/(м∙К); в) Вт/(м2∙К);
г) Вт/м2; д) Дж/(кг∙К).
8. Лимитирующей стадией при теплопередаче является стадия, для которой значение…
а) коэффициента теплоотдачи наименьшее;
б) коэффициента теплоотдачи наибольшее;
в) термического сопротивления наибольшее;
г) термического сопротивления наименьшее;
д) коэффициента теплопроводности наименьшее.
9. С какой стороны стенки, разделяющей холодный воздух и горячую воду, целесообразно интенсифицировать теплообмен, чтобы увеличить коэффициент теплопередачи?
а) со стороны воздуха;
б) со стороны воды;
в) с обеих сторон.
10. С увеличением скорости движения теплоносителя вероятнее всего…
а) общие затраты на изготовление и эксплуатацию («К» – капитальные и «Э» – эксплутационные) теплообменника увеличиваются;
б) общие затраты на изготовление и эксплуатацию («К» – капитальные и «Э» – эксплутационные) теплообменника уменьшаются;
в) «К» – увеличиваются, а «Э» – уменьшаются;
г) «К» – уменьшаются, а «Э» – увеличиваются.
11. В каком случае термическое сопротивление стенки оказывает существенное влияние на интенсивность теплообмена?
a) a1>>a2; б) a1» a2;
в) a1и a2 очень велики; г) a1 и a2 очень малы;
д) l/d стенки велико; е) l/d стенки мало;
ж) d/l >> 1/α1 и d/l >> 1/α2 .
12. Основное уравнение теплопередачи, как правило, применяется для определения…
а) необходимой поверхности теплопереноса, F, м2;
б) коэффициента теплопередачи, К, Вт/(м2 × К);
в) движущей силы процесса, Dtср, К;
г) теплового потока, Q, Вт.
13. Противоточное движение теплоносителей позволяет увеличить конечную температуру «холодного» теплоносителя. Это приводит…
а) к уменьшению расхода «холодного» теплоносителя Gx и уменьшению движущей силы процесса Dtср;
б) к уменьшению расхода «холодного» теплоносителя Gx и увеличению движущей силы процесса Dtср;
в) к увеличению расхода «холодного» теплоносителя Gx и увеличению движущей силы процесса Dtср.
14. Повышение скорости движения теплоносителя не приводит к существенной интенсификации процесса, если…
а) этот теплоноситель – газ;
б) этот теплоноситель – жидкость;
в) термическое сопротивление стенки вследствие ее загрязнения очень велико.
15. При выборе метода интенсификации теплообмена критерием его оптимальности в большинстве случаев является…
а) его доступность;
б) влияние на коэффициент теплопередачи;
в) влияние на массу аппарата;
г) экономическую эффективность.
5 МОДУЛЬ 4. ОСНОВЫ МАССОПЕРЕДАЧИ
5.1 Цель обучения
Изучить основные закономерности процессов переноса вещества. Выйти на понимание общности процессов переноса вещества с другими процессами переноса. Усвоить общие подходы к анализу массообменных процессов и получить практические навыки их расчета.
5.2 Программа модуля
Общие сведения о массообменных процессах. Классификация процессов массообмена. Концентрации массовые, объемные, мольные*. Системный анализ процесса массопередачи. Понятие о массопередаче и массоотдаче.
Статика процесса массопередачи. Фазовое равновесие, материальный баланс и рабочие линии. Совместное рассмотрение линий рабочих и равновесных концентраций, определение направления процессов массопереноса.
Кинетика массообменных процессов. Механизмы продольного и поперечного конвективного переноса массы в ламинарном и турбулентном потоках. Распределение концентраций в фазах. Взаимосвязь профилей концентраций и скоростей в потоках.
Молекулярная диффузия. Первый и второй законы Фика. Коэффициент молекулярной диффузии: физический смысл, единицы измерения. Конвективный массоперенос. Коэффициенты массоотдачи и движущая сила процесса. Дифференциальное уравнение конвективной диффузии. Подобное преобразование дифференциального уравнения переноса массы и получение обобщенных переменных. Основные критерии диффузионного подобия и их физический смысл. Критериальное уравнение массоотдачи.
Массопередача между двумя фазами, моделирование конвективного массообмена. Расчет коэффициента массоотдачи по уравнениям с безразмерными переменными. Теоретические модели процесса массопереноса. Основное уравнение массопередачи. Коэффициент массопередачи: физический смысл, выражение через коэффициенты массоотдачи, аддитивность диффузионных сопротивлений. Средняя движущая сила процесса массопередачи. Влияние структуры потоков (продольного перемешивания) на среднюю движущую силу. Интенсификация массопередачи путем гидродинамических воздействий на лимитирующую стадию. Понятие единицы переноса; число единиц переноса, высота единицы переноса. Способы расчета числа единиц переноса: графическое интегрирование, аналитический расчет. Различные модификации основного уравнения массопередачи.
Моделирование и расчет массообменных процессов и аппаратов для систем с одним распределяемым компонентом.
5.3 Объем модуля и виды учебных занятий
| Вид учебной работы | Всего часов |
| Общая трудоемкость модуля | 42 |
| Аудиторные занятия | 26 |
| В том числе: | 8 |
| – лекции | |
| – практические занятия | 8 |
| – лабораторные занятия | 10 |
| Самостоятельная работа студентов | 16 |
| В том числе: | |
| – выполнение индивидуального расчетного задания | 4 |
| – другие виды СРС (подготовка к занятиям, докладов, сообщений, конспектирование литературы) | 12 |
5.4 Перечень необходимых средств для выполнения
программы модуля
а) учебники [1, 2, 3, 4];
б) лабораторные установки:
– «Определение высоты единицы переноса в ректификационной насадочной колонне»;
– «Определение коэффициента массопередачи в процессе абсорбции».
5.5 Структурно-логическая схема модуля
Массообменные процессы занимают особое место среди химико-технологических процессов (ХТП) потому, что выделение одного или нескольких компонентов из гомогенных смесей (извлечение из газов или жидкостей вредных или ценных примесей, разделение реакционной смеси на продукты реакции и непрореагировавшее сырье, концентрирование растворов летучих веществ, разделение жидких смесей и другие) является важнейшей стадией (а иногда и целью) большинства ХТП. Общим для таких процессов является то, что для их протекания создается межфазная поверхность и условия, которые обеспечивают переход (массоперенос, диффузию) целевого компонента (или компонентов) в нужном направлении, из одной фазы в другую.
Схема изучения основ массопередачи и анализа массообменных процессов представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 – Схема изучения основ массопередачи и анализа
массообменных процессов
Целью анализа является определение размеров аппарата, например, его объема, необходимого для проведения массообмена в заданных пределах концентраций. Рассматриваются три стороны процесса: условия термодинамического равновесия (1), уравнение сохранения вещества и энергии (2), рабочие условия и кинетика процесса (3). Законы равновесия позволяют выявить равновесные концентрации из уравнения равновесия (4), законы сохранения массы и энергии, расходы фаз-носителей, энергию на проведение процесса (5) и записать уравнение рабочих концентраций (6). Рассмотрение кинетики дает возможность определить скорость процесса переноса в фазах, то есть коэффициенты массоотдачи (7) bу и bх, (м/с). Все три элемента расчета тесно связаны между собой: совместное рассмотрение уравнений равновесных и рабочих концентраций позволяет определить движущую силу процесса (8); для определения коэффициента массопередачи (9) надо знать наклон линии равновесия; наконец, нагрузка аппарата (10) для расчета его размеров определяется из уравнения материального баланса. Таким образом, схема наглядно показывает роль отдельных элементов, характеризующих процесс, и их связь в единой системе расчета процесса. Расчет размера аппарата (11) и величин, определяющих его, составляет третий уровень изучения процесса. Для более подробного анализа кинетики процесса и механизма массопереноса приведена структурно-логическая схема анализа и расчета кинетических зависимостей (рисунок 5.2). На схеме показаны основные соотношения, описывающие два типа переноса – молекулярный и конвективный. Рассматриваются уравнения для нестационарной (1) и стационарной (2) молекулярной диффузии, приведены дифференциальные
уравнения нестационарной конвективной диффузии (3) и уравнения массоотдачи (4), используемые для расчета конвективной диффузии. Подобное преобразование дифференциального уравнения конвективной диффузии позволяет получить критерии подобия в потоке (FoD и PeD), а подобное преобразование граничных условий при совместном рассмотрении уравнений молекулярной диффузии (2) и массопередачи (4) дает определяемый критерий (NuD).