Лекция №17 Теплопередача Сложный теплообмен

Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение удобно для изучения этих процессов. В действительности очень часто встречается сложный теплообмен, при котором теплота передаётся двумя или даже всеми тремя способами одновременно. Преобладающим в сложном теплообмене чаще бывает конвективный теплоперенос, поэтому в целом интенсивность сложного теплообмена в этом случае характеризуют суммарным коэффициентом теплоотдачи

Теплопередача между двумя жидкостями через разделяющую их стенку

Часто приходится рассчитывать стационарный процесс переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку

Рис. (17.1). Такой процесс называется теплопередачей.

Рис. 17.1. Распределение температуры при передаче теплоты между двумя теплоносителями через плоскую стенку.

При стационарном режиме тепловой поток Q во всех трёх процессах одинаков, а перепад температур между горячей и холодной жидкостью складывается из трёх составляющих:

1) (17.3)

2) между поверхностями стенки:

3) между второй поверхностью стенки, площадь которой может быть отлична от и холодной жидкостью:

Просуммировав левые и правые части выражений (17.3, 17.4, 17.5) получим:

, (17.6)

Откуда

где

Если , то

где k- коэффициент теплопередачи.

Основы теплового расчёта теплообменных аппаратов Типы теплообменных аппаратов

Теплообменный аппарат – это устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя. Такие аппараты бывают: смесительные, рекуперативные, регенеративные, и с промежуточным теплоносителем.

Рис. 17.2. Схема простейшего кожухотрубчатого рекуперативного теплообменника для передачи тепла от одного теплоносителя (1) к другому (11).

Рис. 17.3. Схема работы тепловой трубы с возвратом конденсата под действием гравитационных сил.

Рис. 17.4. Регенеративный подогреватель воздуха периодического действия с переключением потоков, движущихся через насадку.

Рис. 17.5. Пример использования промежуточного теплоносителя (воды) для охлаждения воздуха азотом

Расчётные уравнения. Общим уравнением при расчёте теплообменника любого типа является уравнение теплового баланса - уравнение сохранения энергии.

М- массовый расход теплоносителя. Несколько процентов теплоты теряется в окружающую среду через стенки теплообменника.

При расчёте теплообменников в уравнении теплопередачи необходимо найти средний температурный напор, поскольку температуры теплоносителей от входа к выходу непостоянны (рис. 17.6).

Рис. 17.6. Схемы движения теплоносителей в теплообменниках.

а – противоток; б – прямоток. Теплоноситель пар – вверху.

В расчётах теплообменников используют среднеинтегральную по длине теплообменника разность температур теплоносителей

. (17.12)

Через б.м. площадь теплообменного аппарата dF передаётся тепловой поток

, (17.13)

за счёт которого температура нагреваемого теплоносителя изменяется на

а разность температур теплоносителей – на d(Δt), причём при (греющий теплоноситель пар) Тогда

(17.14)

Приравняем правые части уравнений (17.13) и (17.14):

(17.15)

Разделим переменные и проинтегрируем по F от 0 до F и по Δt от

. (17.16)

Отсюда

или

(17.17)

Подставим полученное выражение в уравнение теплового баланса для теплообменника в целом:

(17.18)

Очевидно: (17.19)

Пользоваться среднеарифметическим значением можно только в случае, когда