2.1 Основи теплопередачі (лекція)

Мета: ознайомитися з прямо током та протитоком, середнім температурним напором та втратами тепла у довкілля.

План

1. Поняття прямо току та протитоку.

2. Рух теплоносіїв та характер зміни температур для них.

3. Середній температурний напір.

4. Переваги протитоку перед прямо току.

5. Втрати тепла у навколишнє середовище.

Середній температурний напір

При безперервному процесі теплоносії завжди знаходяться во взаємному русі, напрямки якого можуть бути різними. Основними видами руху теплоносіїв є прямоток та протиток.

При прямотоці оба теплоносії рухаються вздовж поверхні теплообміну в одному і тому ж напрямку; характер зміни їх температури виглядає так (рис.1):

t_1п

t_2п

При протитоці теплоносії рухаються в протилежних напрямках; характер зміни температур представлено на рис. 2.

Для прямотоку:	Для протитоку:
Δtб=t1п-t2п	Δtб=t1к-t2п
Δtм=t1к-t2к	Δtм=t1п-t2к

При прямотоці та протитоці середній температурний напір (середня різниця температур) визначається як:

Якщо відношення <2, то середню різницю температур можна визначити як:

При однакових початкових та кінцевих температурах теплоносіїв (t_1п ,t_1к ,t_2п, t_2к) у випадку протитоку середній температурний напір вище, ніж у випадку прямотоку.

При прямотоці кінцева температура холодного теплоносія (t_2к) завжди нижче кінцевої температури гарячого теплоносія (t_1к). При протитоці кінцева температура холодного теплоносія може бути вище кінцевої температури гарячого. Тобто, при однаковій початковій температурі холодного теплоносія у випадку протитоку його можна нагріти до більш високої температури, ніж у випадку прямотоку. Аналогічно при однакових початкових температурах гарячого теплоносія у випадку протитоку його можна охолоджувати до більш низької температури, ніж у випадку прямотоку. Таким чином, розхід агента, який охолоджує або нагріває, при протитоці може бути нижчий, ніж при прямотоці. Але зменшення розходу теплоносіїв пов’язано зі зменшенням середнього температурного напору і збільшенням поверхні теплообміну. Тобто протиток вигідніше прямо току.

Втрата тепла в навколишнє середовище

Віддача тепла від поверхні апарата в навколишнє середовище відбувається шляхом конвекції та випромінювання; тому при розрахунку втрат тепла в довкілля використовують рівняння:

Q = α F (t_ст – t ),

де t – температура середовища,

t_ст - температура стінки,

α – загальний коефіцієнт тепловіддачі (при сумісному передані тепла конвекцією та випромінюванням), α = α_к + α_випр.

Для зменшення витрат тепла в навколишнє середовище апарати вкривають шаром теплової ізоляції, тобто шаром матеріалу з низькою теплопровідністю (теплоізоляційний матеріал). При нанесенні теплової ізоляції збільшується тепловий опір стінки та зменшується температура її зовнішньої поверхні. Цим досягається зниження втрат тепла та покращення умов праці обслуговуючого персоналу. При виборі товщини ізоляції слід виходити з припустимих втрат тепла або припустимої температури стінки з врахуванням коштовності самої ізоляції.