
Вопрос 2
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики
При неизменной разности температур между горячим и холодным теплоносителями передаваемый тепловой поток зависит от коэффициента теплопередачи. Так как теплопередача представляет собой сложное явление, рассмотрение путей ее интенсификации связано с анализом частных составляющих процесса. В случае плоской стенки
Увеличение
k может быть достигнуто за счет уменьшения
толщины стенки и выбора более
теплопроводного материала. Если
термическое сопротивление теплопроводности
стенки мало, то
при
Отсюда
видно, что коэффициент теплопередачи
всегда меньше самого малого из
коэффициентов теплоотдачи. Следовательно,
для увеличения коэффициента теплопередачи
нужно увеличивать наименьшее из значений
коэффициентов теплоотдачи α1 или α2.
Если α1
α2,
то необходимо увеличивать и α1 и α2
одновременно.
Если увеличить наименьший коэффициент теплоотдачи не удается, теплообмен можно интенсифицировать путем оребрения стенки со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи.
Оребрение труб требуется при изготовлении деталей трубопроводов крупных холодильных камер и охлаждающих приборов. Оребрение увеличивает наружную поверхность трубы, благодаря чему повышается коэффициент холодоотдачи трубопровода при прохождении по нему хладагента. Кроме того, использование сребренных труб вместо обычных гладких снижает расход стальных труб почти в четыре раза, расход металла в два раза.
Процесс оребрения труб заключается в установке и укреплении металлических ребер на поверхности стальных труб; осуществляется он на специальных станках.
Решение задач.
Задача 1.
Дано:
tг=1050оС
tж=225оС
1 = 110 Вт/мК
2=4750 Вт/м2К
= 50 Вт/мК
= 12 мм
Решение задачи:
k – коэффициент теплопередачи, рассчитываемый по формуле:
,
где 1– коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к стенке,
2- коэффициент теплопередачи от стенки к кипящей воде,
- коэффициент теплопроводности,
- толщина стенки.
=104,8
Вт/м2К
Найдем плотность теплового потока по формуле:
q =k·(tг – tж),
где tг – температура дымовых газов,
tж – температура кипящей воды
q =104.8·(1050 – 225)= 86460Вт/м2
Найдем температуру стенки со стороны газов:
tст=
tг-
= 1050 –
= 264 оС
Найдем температуру со стороны воды
tст=
tж+
= 225+
=
243.3 оС
Построим график распределения температур в стенке
Рисунок 5
Задача 2
Дано:
d, =100 мм
Тв,=310 К
Тст, = 360К
Решение задачи:
Определим число Грасгофа по формуле:
где g – ускорение свободного падения;
β – коэффициент объемного расширения воздуха, β = 1/Tв;
d– наружный диаметр теплообменника (трубопровода).
tв=Tв - 273
tв= 310 – 273 = 33 оС
Определим число Нуссельта
=
=
=25.5
Определяем коэффициент теплопередачи
=
·
=0.0267
=25.5
= 6.8Вт / м
К
Плотность теплового потока за счет конвекции
q= ( Тст- Тв) π· d
q=6.8(360 – 310) ·3.14·0.1 = 106.8Вт/м
Плотность теплового потока за счет излучения
qл=ε·Co·[
-
]
· π·
d
qл
=0.7·5.67·[
-
]
·3.14·0.1=959.6Вт/м
Список литературы
1 Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика: Учебник для вузов.
Четвертое изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
2 Основы теплотехники /В.С. Охотин, В.Ф. Жидких, В.М. Лавыгин и др.
Высшая школа, 1984.
3 Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники
Недра, 1988.
4 Теплотехника /под ред. В.И. Крутова.- М.: Машиностроение, 1986
5 Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы (справочник)
Энергия, 1980.