Процесс теплопередачи .

В большинстве технологических процессов теплообмен между теплоносителями происходит через некоторую поверхность раз­дела. Этот вид теплообмена называется теплопередачей. Напри­мер, в трубчатых теплообменниках теплота передается через стен­ку трубы и два слоя загрязнений с обеих сторон стенки.

Основное уравнение теплопередачи. Количество теплоты, пере­даваемой в единицу времени, определяется основным уравнением теплопередачи.

(12.4)

Численное значение коэффициента теплопередачи К определя­ется количеством теплоты, которое передается от одного тепло­носителя к другому через разделяющую их стенку площадью 1 м ² в течение 1 с при разности температур теплоносителей 1 К. Раз­мерность коэффициента теплопередачи — Вт/(м²- К).

Соотношение для расчета значения коэффициента теплопере­дачи можно получить, рассмотрев процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

На рис. 12.1 показана плоская стенка толщиной , материал которой имеет коэффициент теплопроводности . По одну сто­рону стенки протекает горячий теплоноситель с температурой в ядре потока, по другую — холодный теплоноситель с темпера­турой . Температуры поверхностей стенки равны и .

Коэффициент теплопередачи К можно определить (без учета за­грязнений с обеих сторон стенки), решив уравнение

Где , — коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносите­ля к стенке и от стенки к холодному теплоносителю соответственно: — коэффициент теплопроводности стенки; — ее толщина.

Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередачи R, а величина / термическим сопротивлением стенки.

Из уравнения (12.5) следует, что термическое сопротивление теплопередачи

Движущая сила тепловых процессов. Движущей силой тепло­вых процессов является разность температур взаимодействующих сред. В промышленной аппаратуре теплопередача обычно проте­кает при переменной температуре теплоносителей. Значения тем­пературы теплоносителей изменяются вдоль поверхности разде­ляющей их стенки, поэтому в расчетах используют среднюю раз­ность температур

которая и должна войти в основное урав­нение теплопередачи (12-4).

Количество теплоты, передаваемое в единицу времени через поверхность при теплообмене, пропорционально средней разно­сти температур. Таким образом, основное уравнение теплопереда­чи принимает вид

(12.6)

На рис. 12.2 показан характер изменения температуры тепло­носителей вдоль поверхности теплообмена при их прямоточном и противоточном движении. Один из теплоносителей охлаждается

Рис. 12.2. Характер изменения температуры теплоносителей вдоль поверх­ности теплообмена при их прямоточном (a) и противоточном (б) движении: — начальная и конечная температуры горячего теплоносителя; начальная и конечная температуры холодного теплоносителя; , — большая и меньшая разности температур теплоносителей

, а на выходе из теплообменника .

При противоточном движении теплоносителей значения и находят по начальным и конечным значениям температуры горячего и холодного теплоносителей.

При / < 2 средняя разность температур определяется как среднеарифметическая величина:

(12.7)

При более интенсивном теплообмене и больших значениях разности температур, т.е. при / > 2, средняя разность тем­ператур будет среднелогарифмической величиной:

(12.8)

При перекрестном токе теплоносителей и смешанном токе в многоходовых теплообменниках

где — поправочный коэффициент к средней разности темпера­тур рассчитанной для случая противоточного движения теплоносителей.

Контрольные вопросы

1.Какими способами осуществляется передача теплоты? Приведите примеры.

2.Что представляет собой уравнение теплового баланса?

3.Каков физический смысл коэффициентов теплопроводности и теп­лоотдачи и какова их размерность?

4.Что представляет собой процесс теплопередачи? Каков физический смысл и какова размерность коэффициента теплопередачи?

5.Что является движущей силой процессов теплообмена? Как рассчи­тывается средняя разность температур?