МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра ТОППП

утверждаю:

проректор по учебной работе

профессор Акмаров П.Б.

«____»______________2008 г.

Определение коэффициента теплопередачи в ребристо-трубчатом теплообменнике

Учебно-методическое пособие к лабораторной работе №2

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

Ижевск 2008

Учебно-методическое пособие составлено к.т.н., доцентом каф. ТОППП Сергеевым А.А.

Рецензент: к.т.н., доцент каф. ТМППЖ Васильченко М.Ю.

В учебно-методическом пособии рассмотрены способы определения коэффициента теплопередачи от воздуха к воде, через разделяющую их стенку, коэффициента теплоотдачи от воздуха к стенке и коэффициента теплоотдачи от стенки к воде.

Учебно-методическое пособие предназначено для проведения лабораторной работы со студентами дневной и заочной форм обучения.

Цель работы: ознакомиться со способами определения коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи на примере ребристо-трубчатого теплообменника.

1. Теоретические сведения.

Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.

Теплота (количество теплоты) - энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой телом в процессе теплообмена.

Теплопередача - теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку.

Теплоноситель - движущаяся среда (газ, пар, жидкость), используемая для переноса теплоты.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку площадью 1 м² за единицу времени при разности температур между теплоносителями 1 град (1 К).

Теплоотдачей называется процесс теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

Коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество теплоты передается от теплообменной поверхности с 1 м² в окружающую среду (или наоборот) в единицу времени при разности температур теплообменной поверхности и окружающей среды 1 град (1 К).

Теплопроводностью называется процесс переноса тепловой энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц. В результате теплопроводности температура тела выравнивается.

Коэффициент теплопередачи рассчитывают на основании коэффициентов теплоотдачи, вычисленных по критериальным уравнениям (уравнениям подобия):

, (1)

где / - термическое сопротивление стенки,  - толщина стенки,  - коэффициент теплопроводности стенки,

В случае многослойной стенки в уравнение (1) вместо / подставляется сумма термических сопротивлений каждого слоя стенки:

(2)

Коэффициент теплопередачи всегда меньше минимального коэффициента теплоотдачи.

Движущая сила теплообменных процессов - разность температур теплоносителей (температурный напор). Под действием этой разности теплота передается от горячего теплоносителя к холодному.

Процессы теплообмена в аппаратах непрерывного действия могут осуществляться в прямотоке, противотоке, перекрестном и смешанном потоках. Движущая сила при теплопередаче между двумя теплоносителями не сохраняет своего постоянного значения, а изменяется вдоль теплообменной поверхности.

Соотношение для расчета средней движущей силы процесса теплопередачи при прямотоке и противотоке (средний логарифмический температурный напор):

(3)

При небольших изменениях температур теплоносителей, когда t_min/t_max  0,5, среднюю разность температур вычисляют как среднеарифметическую:

(4)

при этом ошибка не превышает 5%.

Т еплообменники с ребристыми поверхностями теплообмена (рис.1). Поверхности теплообмена в них выполняют из труб с различными ребрами.

Рис.1. Ребристые трубы:

1 - продольные ребра;

2 - поперечные ребра;

,  - теплоносители.

Такие теплообменники применяют в тех случаях, когда условия теплоотдачи по обеим сторонам стенки трубы различны, например, в трубе происходит конденсация греющего пара, а снаружи труба омывается потоком нагреваемого воздуха.

Значения коэффициентов теплоотдачи по обеим сторонам трубы существенно отличаются. От греющего пара к стенке трубы коэффициент теплоотдачи ₁ = 12000 Вт/(м²К), а от стенки к нагреваемому воздуху ₂ = 10…60 Вт/(м²К). Для улучшения теплоотдачи от стенки трубы к воздуху с наружной стороны трубы делают ребра. При наличии ребер наружная поверхность трубы значительно увеличивается, в результате существенно улучшается теплоотдача.

Ребра размещают с той стороны теплообменной поверхности, где значение коэффициента теплоотдачи сравнительно меньше. Ребра значительно улучшают теплообмен только в том случае, если к ним обеспечивается хороший подвод теплоты от стенки трубы, поэтому ребристые трубы изготавливают из материалов с большими коэффициентами теплопроводности. Направление ребер выбирают в зависимости от направления потока теплоносителя, омывающего ребра. Во всех случаях поверхность ребер должна быть параллельна направлению потока теплоносителя.