- •Методическое пособие по курсу «Теплотехника»
- •Удк 621.1(07) ббк 31.3р30
- •Предисловие
- •Введение
- •Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
- •Так как для политропы в соответствии с (1)
- •Характеристики термодинамических процессов
- •Эксергия
- •Термодинамические процессы реальных газов
- •Уравнение состояния реальных газов
- •Термодинамическая эффективность циклов теплосиловых установок
- •Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Циклы газотурбинных установок
- •Циклы паротурбинных установок
- •Цикл Ренкина на перегретом паре
- •Термический кпд цикла
- •Общая характеристика холодильных установок
- •Цикл паровой компрессионной холодильной установки
- •Основы теории теплообмена
- •Основные понятия и определения
- •Теория теплопроводности. Закон Фурье
- •О tднослойная плоская стенка
- •Многослойная плоская стенка
- •Однородная цилиндрическая стенка
- •Многослойная цилиндрическая стенка
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Теплопередача
- •Плоская стенка
- •Цилиндрическая стенка
- •Интенсификация теплопередачи
- •Тепловая изоляция
- •Задачи по теплопередаче
- •Конвективный теплообмен
- •Пограничный слой
- •Числа подобия
- •Массообмен
- •Частные случаи конвективного теплообмена
- •Экспериментальные данные по теплоотдаче
- •Список литературы
- •Содержание
- •Термический кпд цикла – 41
- •426034, Ижевск, Университетская, 1, корп. 4.
Теплопередача
В технике часто приходится рассчитывать стационарный процесс переноса теплоты от одного теплоносителя другому через разделяющую стенку. Такой процесс называется теплопередачей.
Плоская стенка
Рассмотрим теплопередачу между двумя жидкостями через разделяющую из многослойную плоскую стенку. Здесь передача теплоты делится на три процесса:
1) В начале теплота передается от горячего теплоносителя tж1 к поверхности стенки путем конвективного теплообмена, который может сопровождаться излучением. Интенсивность процесса теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи 1.
2
1 2 n tЖ1 tЖ2 tC1 tC2 tC3 tcn tC(n+1) 1 2 n t Жидкость
1 Жидкость
2
3
Рис. 31. Распределение температур при
теплопередаче через многослойную
плоскую стенку
При стационарном режиме плотность теплового потока во всех трех процессах одинакова и может быть записана следующим образом:
по закону Ньютона - Рихмана
,
по закону Фурье
,
по закону Ньютона - Рихмана
,
где и- термическое сопротивление внешней теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю.
Из вышеприведенных уравнений составив систему уравнений:
,
сложив правые и левые части, получим уравнения теплопередачи через многослойную плоскую стенку:
или
,
где - температурный напор, заданный условиями задачи;
Rk - термическое сопротивление теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному.
Величина, обратная Rk, называется коэффициентом теплопередачи К:
,
Коэффициент теплопередачи К характеризует интенсивность процесса теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку.
Тогда уравнение теплопередачи можно записать:
или
Граничные температуры определяются из (3.4):
,
Очевидно, что для однослойной плоской стенки формулы справедливы, где ,,tc(n+1)=tc2.
Цилиндрическая стенка
Рассмотрим теплопередачу между двумя жидкостями через разделяющую их многослойную цилиндрическую стенку.
аналогично теплопередаче через плоскую стенку, линейную плотность теплового потока через многослойную цилиндрическую стенку при стационарном режиме можно записать:
по закону Ньютона - Рихмана
,
по закону Фурье
,
по закону Ньютона - Рихмана
,
где и- термические сопротивления внутренней и внешней теплоотдачи на единицу длины.
Аналогично получим линейную плотность теплового потока:
,
где Rlk - линейное термическое сопротивление, (мК)/Вт.
Kl - линейный коэффициент теплопередачи, Вт/(мК)
,
Граничные температуры цилиндрической стенки определяются как
,
Интенсификация теплопередачи
Согласно уравнению теплопередачи:
,
для интенсификации теплопередачи нужно либо увеличить числитель (tж1-tж2) либо уменьшить термическое сопротивление теплопередачи Rk. Температуры теплоносителей обусловлены требованиями технологического процесса, поэтому изменить их обычно не удается.
Термическое сопротивление теплопередачи Rk, можно уменьшить, воздействуя на любую из составляющих R1, R, R2. Однако, эффективнее уменьшить наибольшее из слагаемых:
,
Значит, если R намного меньше R1 и R2, то для существенного уменьшения Rk необходимо уменьшить R той жидкости, которая имеет меньший коэффициент теплоотдачи . То есть, допустим, оребрять стенку необходимо со стороны жидкости с меньшим коэффициентом теплоотдачи .
Аналогичного результата можно достичь увеличив и больший коэффициент теплоотдачи, но для этого требуются дополнительные затраты мощности на увеличение скорости течения теплоносителя.
Тепловой поток через оребренную стенку определяется по формуле:
,
где- коэффициент теплопередачи через оребренную стенку;
р=F2p/F1 - коэффициент оребрения;
F2p и F1 - площади соответственно оребренной и не оребренной поверхностей стенки;
Рис. 32. К расчету теплопередачи через
оребренную стенку
Отсюда видно, что с увеличением коэффициента оребрения р увеличивается коэффициент теплопередачи Кр, а значит и тепловой поток. Поэтому ребристыми выполняют радиаторы отопления, корпуса двигателей, радиаторы для охлаждения воды в двигателях внутреннего сгорания.