24 Вопрос

Конвективный теплообмен. Закон Ньютона.

Со сложным механизмом конвективного теплообмена связаны трудности расчетов процессов теплоотдачи. Точное решение задачи о количестве тепла, передаваемого от среды к стенке или наоборот, связано с необходимостью знать температурный градиент у стенки и профиль изменения температур теплоносителя вдоль поверхности теплообмена, определение которых затруднительно. Поэтому для удобства расчета теплоотдачи в основу его кладут уравнение простого вида, известного под названием закон теплоотдачи или закон Ньютона.

dQ = α (t_ст – t_ж) dF dτ ,

t_ж – температура жидкости или среды.

Закон гласит: количество переданного тепла от стенки к жидкости или наоборот прямо пропорционально поверхности теплообменника, времени и разности температур между стенкой и жидкостью. Коэффициент пропорциональности α в уравнении называется коэффициент теплоотдачи. Величина α характеризует интенсивность переноса тепла между поверхностью тела, например твердой стенки и окружающей среды.

α = [ ] = [ ] =

= [ ]

Коэффициент теплоотдачи (α) показывает, какое количество тепла передается от стенки к среде или наоборот через единицу поверхности в единицу времени при разности температур между стенкой и жидкостью = 1 К.

25 Вопрос

Теплопередача

Теплота от одной среды к другой может передаваться при непосредственном контакте или через стенку.

Если теплота переходит от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющуюстенку, то процесс называетсятеплопередачей.

Основное уравнение теплопередачи

Связь между количеством теплоты передаваемым в аппарате и поверхностью теплообмена определяется основным кинетическим соотношением, которое называется основным уравнением теплопередачи:

 (1)

-количество переданного тепла, Дж;

- локальный коэффициент теплопередачи между средами,  ;

-разность температур между средами,⁰С;

- элемент поверхности теплообмена, м² ;

- время теплообмена, с

Движущей силой тепловых процессов является разность температур (тепловой напор). Чем больше  , тем быстрее идет процесс теплообмена.

Скорость теплового процесса можно описать как

,

где к – коэффициент пропорциональности, R – сопротивление теплопередаче.

При расчете процессов теплообмена и тепловых аппаратов необходимо знать величину Δt. Однако в процессе теплообмена температуры сред меняются, следовательно, изменяется и величина Δt, которая зависит от направлений относительного движения теплоносителя и нагреваемого материала и их свойств.

Движение может быть прямоточным, когда потоки движутся в одинаковом направлении, и противоточным, когда потоки движутся в противоположных направлениях. В некоторых случаях движение потоков может быть перекрестным.

Характер изменения температур различных сред при прямоточном и противоточном движении вдоль поверхности теплообмена проследим на рисунке 5.2.

На рисунке показан характер изменения температур теплоносителей при различной организации движения их вдоль поверхности теплообмена F. Здесь  и  – температуры более нагретого потока,  и  – температуры менее нагретого потока. Первый теплоноситель охлаждается от  до  , а второй нагревается от  до  .

Прямоток Противоток

Рисунок 5.2 – Характер изменения температур теплоносителей при различной

организации движения их вдоль поверхности теплообмена F

 

Средний температурный напор  при прямотоке и противотоке определяют как среднюю логарифмическую разность температур по формуле:

,

где  – наибольшая разность температур между теплоносителями;

– наименьшая разность температур между теплоносителями.

Если температуры теплоносителей изменяются незначительно, когда  , среднюю разность температур можно вычислять как среднюю арифметическую

,

при этом ошибка не превышает 4 %.

 

 

(а) – прямоток; (б) – противоток; (в) – перекрестный ток

Рисунок 5.2, а – Характер изменения температур теплоносителя и материала

в зависимости от организации их взаимного перемещения

При перекрестном потоке теплоносителей (рис. 5.2, а) относительно поверхности теплообмена для определения t_т используют приведенную выше формулу с поправочным коэффициентом 

.