3. Cложный теплообмен

На практике процесс передачи тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением осуществляется чаще всего одновременно и во взаимодействии. В совокупности они представляют сложный теплообмен.

Наиболее часто встречается процесс передачи тепла от одной к другой через разделительную стенку, называемый теплопередачей. Состоит он из нескольких стадий: вначале тепло от более нагретой среды передаётся теплоотдачей поверхности стенки, затем теплопроводностью через толщу стенки и далее от другой поверхности стенки теплоотдачей к менее нагретой среде.

Часто наряду конвективным теплообменом имеет место теплообмен излучением, например, когда поверхность нагрева аппарата обогревается горячими газами.

Коэффициент теплопередачи К (Вт/м²*Сº) определяется по формуле:

На коэффициент теплопередачи большое влияние оказывает состояние поверхности стенки. Загрязнения её сажей, накипью резко снижает передачу тепла и увеличивает температуру поверхности в результате чего стенка перегревается. Замедление передачи тепла ведёт к увеличению расхода топлива.

Пример 1. Определить коэффициент теплоотдачи для стенки пищеварочного котла, обогреваемой водяным насыщенным паром. Толщина стенки 1,5мм. Стенка стольная. Коэффициент теплопроводности стали равен 30 Вт/(м²*Сº). Коэффициент тепло отдачи ά1 =7000 Вт/(м²*Сº ) и ά2 =580 Вт/(м²*Сº).

Пример 2. Определить коэффициент теплоотдачи К по условиям первого примера, если стенка котла покрыта слоем накипи толщенной 2 мм; коэффициент теплопроводности накипи равен 1,1 Вт/(м²*Сº).

Из приведённых примеров видно, что при слое накипи толщенной 2 мм передача тепла уменьшается почти в два раза.

4. Общие сведения о теплообменных аппаратах

Критерии классификации теплового оборудования:

1. По технологическому оборудование подразделяется:

А) универсальное (плиты, пароконвектоматы);

Б) специализированное. Делятся на:

- варочное (пищеварочные котлы, пароварки, кофеварки пр.);

- жарочно-пекарное (сковороды, фритюрницы, печи, шкафы, грили и пр.)

- водогрейнов (водонагреватели, кипятильники);

- вспомогательное (мармиты, тепловые витрины и шкафы и пр.).

2) По виду источника тепла:

- электрическое;

- газовое;

- огневое (твёрдо- и жидкотоплевное) ;

- паровое.

3) По способу обогрева:

- с непосредственным обогревом, при котором тепло передаётся от греющей среды к нагреваемому продукту через разделительную стенку ( например кипятильник);

- с косвенным обогревом, при котором тепло передаётся от греющей среде к нагреваемому продукту через промежуточный теплоноситель – водяной насыщенный пар ( например пищеварочные котлы);

- контактные аппараты в которых, у которых тепло от теплоносителя к нагреваемому продукту передаётся в результате их непосредственного контакта ( например пароварочный шкаф, сковороды, роликовые и контактные грили).

4) По принципу действия:

- аппараты не прерывного действия, в которых загрузка, тепловая обработка и выгрузка готовых изделий производится параллельно (конвейерные печи);

- аппараты периодического действия, в которых сначала загружается продукт и производят тепловую обработку, а после доведения до готовности разгружают (фритюрницы, грили),

5) По степени автоматизации:

- автоматизированные аппараты, в которых работа оборудования и контроль режима тепловой обработки осуществляется в самом аппарате (пароконвектоматы, микроволновые печи)

- не автоматизированные аппараты, в которых контроль и регулирование осуществляется поварами.

6) По конструктивному исполнению:

- несекционные модульные аппараты, имеющие различные габариты, не унифицированные детали и узлы, устанавливаются индивидуально, без учёта блокировки с секциями других аппаратов;

- секционномодульные аппараты, в основе конструкции которых положен единый размер – модуль.

Теплообменными аппаратами назеваются устройство, в котором происходит передача тепла от одного теплоносителя к другому. Каждый теплообменный аппарат должен обеспечивать передачу требуемого количества тепла, при этом один теплоноситель нагревается, другой – охлаждается.

Классификация теплообменных аппаратов:

1. По способу передачи тепла от одного теплоносителя к другому:

- теплообменные аппараты поверхностного типа (пищеварочные котлы, жаровни с косвенным обогревом и др.);

- теплообменники смешения (непосредственного соприкосновения);

2) По виду теплоносителя:

- парожидкостные (аппараты с паровым обогревом);

- жидкостно-жидкостные (оба теплоносителя жидкости);

- газожидкостные (газовые и огневые кипятильники);

3) По конструктивному исполнению:

- рубашечные;

- змеевиковые (экспресс-кофеварки);

- кожухотрубные;

- пластиночные;

- ребристые и др.

В ПП наиболее распространенны теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых тепло передаётся через разделительную стенку.