Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
teploperedacha.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
7.63 Mб
Скачать

3. Теплоотдача при кипении жидкостей.

Встречается в выпарке, ректификации, холодильной технике и пр. Это наиболее сложный процесс, т.к. нет надежных теоретических обобщений.

При кипении нарушается пограничный слой – на неровностях поверхности образуются пузырьки.

Процесс зависит от:

А) способности жидкости смачивать поверхность;

Б) разности температур поверхности нагрева стенки и кипящей жидкости;

В) шероховатости и чистоты поверхности.

На смачиваемой поверхности жидкость подтекает под пузырьки и облегчает их отрыв от поверхности. При плохой смачиваемости отрывается только вершина пузырька, а у поверхности нагрева имеется паровая прослойка. При интенсивном кипении вся поверхность может покрываться пленкой – малые .

При подъеме пузырьки увеличиваются в объеме вследствие испарения жидкости внутрь пузырьков. Основное количество тепла воспринимается пузырьком не от поверхности нагрева, а от жидкости. Жидкость немного (на 0.3-0.4 ) перегрета по отношению к образующемуся пару.

Теплоотдача – механизм переноса тепла:

  • от поверхности нагрева к жидкости;

  • от жидкости к пузырькам пара (теплота испаряется);

  • пузырьки – в паровую фазу.

Число центров парообразования и частота их отрыва зависит от разности температур, поверхности нагрева и кипящей жидкости

q – тепловой поток.

Имеется максимум коэффициента теплоотдачи при критической разности температур ( ).

зависит от:

- природы кипения жидкости;

- температуры, давления;

- характера поверхности нагрева.

Для воды при p=1 атм =25 .

Для бензола 40

До с ростом увеличивается и тепловой поток q. Число центров парообразования растет. Благодаря росту, отрыву и всплыванию пузырьков жидкость перемешивается, и коэффициент теплоотдачи увеличивается. Это пузырьковое или ядерное кипение.

После происходит слияние пузырьков пара, поверхность покрывается сплошной пленкой пара. Хотя она и нестабильна, коэффициент уменьшается. Это пленочное кипение. Число центров парообразования сильно возрастает.

При пузырьковом кипении, когда q<qкр (в большом объеме и в трубах):

Все физико-химические константы – при

– поверхностное натяжение, н/м

T - К

= ,

b =0.075[ ]

Для кипящей воды

Где: - давление, атм;

– уд. Тепловой поток, Вт/м2.

Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи

А) нагревание и охлаждение [ккал/м2 ч град]

Газов 1-50

Перегретых паров 20-100

Жидкостей 50-10 000

Б) кипение жидкостей (воды) 500-45 000

В) конденсация водяных паров:

-пленочная 4 000-15 000

-капельная 40 000-120 000

-конденсация органических паров 500- 2 000

Г) Свободное движение газы 3-9

Жидкости 250-900

Сложная теплоотдача.

Сложная теплоотдача – распределение тепла двумя или тремя из вышеперечисленных способов одновременно. Наиболее важный случай – конвекция и тепловое излучение.

x

,где – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием.

Тепловые потери в закрытом помещении до

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Теплопередача – передача тепла от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку.

Основное уравнение теплопередачи в диф. форме:

.

В интегр. виде kF – основное уравнение теплопередачи

Цель – расчет аппарата[К]=[ ]

К – показывает, какое количество тепла переходит от горячего теплоносителя к холодному в единицу времени через единицу поверхности при разности температур=1 град.

  1. Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей.

Плоская стенка

При установившемся процессе температуры (локальные) не изменяются.

термическое сопротивление зависит от вида теплоносителя температуры, скорости потока, материала стенки, т.е. от рода продукта коррозии или осадка.

Термическое сопротивление – сумма = термических сопротивлений.

Это уравнение связывает тепловой поток с поверхностью теплопередачи и служит для расчета аппаратов.

А) при передаче тепла через чистую металлическую стенку мало и

Б) если , то

Пример:

Вывод: для интенсификации теплопередачи следует увеличивать наименьший из коэффициентов , например: увеличением скорости его движения или путем оребрения поверхности со стороны этого теплоносителя.

Теплопередача при переменных температурах теплоносителей

(Движущая сила тепловых процессов)

При постоянных – сравнительно редко (кипение-конденсация). Обычно – температуры изменяются вдоль поверхности теплопередающей стенки.

При установившемся процессе .

Теплопередача зависит от взаимного направления движения теплоносителей, при непрерывных процессах:

А) прямоток

Б) противоток

В) перекрестный ток

Г) смешанный ток

Движущая сила (разность температур) зависит от направления движения теплоносителей. Поэтому в инженерных расчетах пользуются средней движущей силой.

РаРасход теплоносителей .

Допустим, что:

- теплоемкости не зависят от температуры и равны ;

- – постоянно вдоль поверхности теплообмена.

Уравнение теплового баланса для элемента поверхности :

Для удобства вводим – водяной эквивалент ;

Численное значение определяет количество воды, которое по своей тепловой емкости равно количеству тепла, необходимого для нагревания данного теплоносителя на 1 при заданном расходе .

Складываем

С другой стороны, основное уравнение теплопередачи:

Подставляем

Или

Чтобы найти записываем уравнение теплового баланса для всей поверхности теплообмена.

Подставляем:

Отсюда:

Сравнивая с

Зависимость при прямотоке – логарифмическая.

Если арифметическая – среднеарифметическая разность температур.

Это уравнение справедливо и для противотока в виде:

При , можно вычислять как среднеарифметическую:

При перекрестном и смешанном токе разность температур выше, чем при прямотоке, но ниже, чем при противотоке.

Замечания при выводе величины :

  1. Пользовались режимом идеального вытеснения, не учитывали влияние перемешивания на среднюю движущую силу;

  2. считалось, что не изменяются вдоль поверхности теплообмена. В противном случае используется град. интегрирование;

  3. считалось, что процесс – установившийся, на самом деле в ходе эксплуатации аппараты меняются.

Выбор взаимного направления движения теплоносителей

Важен для экономичного проведения теплопередачи.

А) при противотоке обеспечивается более глубокий теплообмен;

Б) при противотоке движущая сила изменяется менее резко;

В) при , холодный теплоноситель нагревается в случае противотока до более высокой температуры, вследствие чего сокращается расход холодного теплоносителя, что выгодно;

Г) при , расходы одинаковы, но при противотоке выше средняя разность температур – больше скорость теплообмена, меньше требуемая F.

Если происходит изменение агрегатного состояния, то направление движения безразлично.

Если один из теплоносителей имеет высокую температуру, предпочти-телен прямоток (технологические соображения).

А) не перегревается высушиваемый материал;

Б) не перегреваются стенки барабана.

Определение температуры стенок.

В ряде случаев есть необходимость определять температуру стенок. Ее находят методом последующих приближений.

  1. Задаются произвольно этой температурой и находят ( );

  2. Определяют

  3. Проверяют значение до сходимости с принятой величиной следующим образом:

приравнивая и сокращая на :

В непрерывно действующих аппаратах нестационарные режимы возникают обычно в периоды пуска, остановки, изменения режима работы. Расчет – для стационарного теплообмена.

В ряде случаев – нестационарный теплообмен (регенерат.м-ки, нагреват. печи, период. ап-ра )

Все нестационарные тепловые процессы обусловлены изменением энтальпии тела до момента выравнивания температуры с температурой окружающей среды, т.е. до теплового равновесия. При расчете определяют время нагрева до температуры (или температуру нагрева за определенное время).

Теплопроводность при нестационарном режиме.

  1. Аналитическое решение

– уравнение Фурье

Дифференциальное уравнение теплопроводности. Аналитическое решение сложно и громоздко даже при различных допущениях.

  1. Графоаналитический расчет

Строят графики

– количество тепла, которое надо затратить, чтобы разогреть тело от начальной температуры до заданной .

- количество тепла, которое надо затратить, чтобы разогреть тело от начальной температуры до температуры окружающей среды (до наступления теплового равновесия, достигаемого теоретически при ).

Сл-но

Критерий Био: – совпадает с .

Характеризует подобие процессов нестационарной теплопроводности (соотношение термического сопротивления теплопроводности к термическому сопротивлению при теплопередаче).

Отличие: 1) – заданная величина;

– твердого материала;

- характерный геометрический размер.

Критерий Фурье -

пример: провести термообработку шара в печи при 1200

=800 ; =20.

  1. =

(проверка методом послед.-прибл.)

  1. по графику -

  2. вычисляем , одновременно определяется температура поверхности в центре шара.

Теплопередача при нестационарном движении.

Периодическое нагревание или охлаждение жидкости через стенку. Температура изменяется во времени. Определяют продолжительность нагревания или охлаждения .

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]