Hmotnostní průtok a teplota: vliv, vztah, příklady problémů

Tento článek pojednává o vztahu mezi hmotnostním průtokem a teplotou. U nestlačitelných tekutin jdou objemová rychlost a hmotnostní průtok vedle sebe.

Diskusi zúžíme tím, že definujeme systém a vědu, která se tam odehrává. Budeme uvažovat systém, kde dochází k přenosu tepla, řekněme voda proudící v potrubí. Celá diskuse v tomto článku se bude točit kolem tohoto systému.

Co je přenos tepla?

Přenos teplar zjednodušeně řečeno je přenos energie (nebo entropie) z jednoho bodu do druhého. Měří se změnou teploty mezi jednotkovou délkou systému.

Můžeme říci, že přenos tepla je přímo úměrný změně teploty a nepřímo úměrný délce systému. Matematicky může být přenos tepla dán -

Jaké jsou různé režimy/typy přenosu tepla?

Přenos tepla z jedné látky do druhé může probíhat mnoha způsoby. Někdy potřebuje médium pro přenos a někdy ne.

Podívejme se, co se liší druhy tepla převod-

• Vedení– Teplo se přenáší mezi dvěma body, když se molekuly mezi nimi navzájem srazí. Vibrační energie atomů se přenáší z jednoho atomu/molekuly na jiný. Tímto způsobem se teplo šíří. To znamená, že k přenosu tepla vedením je zapotřebí médium.
• Proudění– Teplo se přenáší pohybem tekutiny. Touto tekutinou může být vzduch nebo voda.
• Radiace - Přenos tepla může probíhat bez přítomnosti média. Přenos tepla sáláním probíhá formou elektromagnetické vlny.

Hmotnostní průtok a teplotní vztah

Uvažujme vodu protékající potrubím. To znamená, že voda je nestlačitelná tekutina objemový průtok a hmotnostní průtok jsou úměrné.

Uvažujme dva případy -

• Nízká hmotnost průtok/objemový průtok: Objemový průtok vody je nízký, což znamená, že objem/hmotnost vody protékající sekcí potrubí za sekundu je menší, a proto se molekuly vody zahřejí rychleji.
• Vysoký hmotnostní průtok/objemový průtok: Pokud je počet molekul vody protékajících bodem větší, bude jejich zahřátí trvat déle. Můžeme tedy říci, že teplotní rozdíl v tomto případě bude menší.

Hmotnostní průtok a teplotní rovnice

Jak jsme diskutovali výše, teplotní rozdíl v systému je nepřímo úměrný hmotnostnímu průtoku v systému. Tedy jako hmotnostní průtok roste teplotní rozdíl se zmenšuje.

Projekt vztah mezi hmotnostním průtokem a teplotní rozdíl je uveden níže -

Za stejnou hodnotu přenos tepla můžeme říci, že teplotní rozdíl je nepřímo úměrný hmotnostnímu průtoku.

Jak teplota ovlivňuje hmotnostní průtok?

Teplota zvyšuje rychlost proudění molekul, a proto kinetická energie tekutiny roste s rostoucí teplotou.

Jak vypočítat tlak z hmotnostního průtoku?

Říká to rovnice zákona Hagen Pouisuille tlak je přímo úměrný průtoku hodnotit.

Q je průtok a je to rychlost změny objemu. Pro tekutiny, jejichž hustota je konstantní, což jsou nestlačitelné tekutiny, je hmotnostní průtok přímo úměrný objemovému průtoku. Můžeme tedy říci, že tlak roste s hmotnostním průtokem.

Hagen Pouisueilleova rovnice je uvedena níže-

kde,

mu je dynamická viskozita

Q je průtok v litrech za sekundu

Co je tepelný výměník?

Jak již název napovídá, Tepelné výměníky je zařízení sloužící k výměně tepla mezi dvěma látkami. Lze jej použít k ochlazení nebo zahřátí jiné látky pomocí pracovní látky.

Výparník a kondenzátory jsou také druhy tepla výměníky. Kondenzátor a výparníky jsou popsány v následujících částech. Výměníky tepla nacházejí uplatnění v chladicích systémech, elektrárnách, klimatizačních systémech atd.

Typy výměníků tepla

Na základě směru studené a horké tekutiny lze tepelné výměníky rozdělit do tří typů. Jsou uvedeny níže -

• Paralelní proudění výměník tepla- U tohoto typu výměníku teplajak studená, tak horká tekutina proudí stejným směrem.
• Protiproudý výměník tepla– V tomto typu výměníku tepla se horké i studené tekutiny pohybují navzájem opačným směrem.
• Křížový výměník tepla– V tomto typu výměníku tepla se horké a studené tekutiny pohybují navzájem kolmo.

Různé aplikace vyžadují různé typy směrů proudění mezi horkými a studenými kapalinami. Princip řízení je u všech tří typů stejný.

Co je to výparník?

Výparník je typ tepelného výměníku používaný pro přeměnu kapalné fáze látky na její plynnou formu. Voda se například přemění na páru. Celý proces změny fáze probíhá bez změny teploty.

Teplo přenesené z horké tekutiny se rovná teplu, které absorbuje chladnější tekutina. Výparník se používá v chladicích systémech k odstranění tepla z potravin a nápojů uchovávaných uvnitř chladničky.

Co je kondenzátor?

Kondenzátor je typ tepelného výměníku, který se používá pro přeměnu plynné fáze látky na kapalnou fázi této látky. Například přeměna páry zpět na kapalnou formu. Celý proces změny fáze probíhá bez změny teploty.

Teplo přenesené do studené tekutiny se rovná teplu absorbovaném teplejší tekutinou. Kondenzátory se používají v elektrárnách, kde je výfuk pára z turbíny se přemění na kapalinu

Co je LMTD?

LMTD také známý jako logaritmický střední teplotní rozdíl je termín používaný ve výměnících tepla. Je to logaritmický průměr teplot studené a horké tekutiny.

LMTD se používá pro nalezení kombinézy přenos tepla odehrávající se uvnitř systému. Bere v úvahu počáteční a konečné teploty horké i studené tekutiny. Vzorec pro LMTD je uveden níže -

Kde,

Delta T1 je teplotní rozdíl mezi počátečními teplotami horké a studené kapaliny.

Delta T2 je teplotní rozdíl mezi konečnými teplotami horkých a studených kapalin.