Тепловые балансы

Введем буквенные обозначения:

Q₁ – тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем;

G₁, Н_1н, Н_1к – расход, начальная и конеч. энтальпии первого теплоносителя;

Q₂ – тепло, затрачиваемое на нагрев более холодного теплоносителя;

G₂, Н_2н, Н_2к – расход, начальная и конеч. энтальпии второго теплоносителя;

Q_пот – потери тепла.

, Q_пот = (3 ÷ 5)% от полезно используемого тепла.

В технологических расчетах допускается

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, то , ,

, ,

где с_1н, с_2н, с_1к, с_2к – средние удельные теплоемкости теплоносителей в пределах температур 0 – t_1н , 0 – t_1к , 0 – t_2н, 0 – t_2к . Вместо средних удельных теплоемкостей можно использовать истинные удельные теплоемкости, отвечающие среднеарифметической температуре.

В случае использования перегретого пара его энтальпия складывается из тепла, выделяющего при охлаждении пара до температуры конденсации, теплоты фазового перехода и тепла, выделяющегося при охлаждении конденсата:

;

r – удельная теплота конденсации, Дж/кг;

с_п, с_к – удельные теплоемкости пара и конденсата Дж/(кг·К).

При обогреве насыщенным паром, если конденсат не охлаждается, t_к = t_н = t_нас , тогда .

Основное уравнение теплопередачи решает связь между тепловым потоком и поверхностью теплопередачи.

,

где К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий скорость переноса теплоты, ∆t_cр − средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по поверхности теплопередачи, τ – время.

Для непрерывного процесса теплопередачи

Основное уравнение теплопередачи обычно используют для определения поверхности теплопередачи

.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через м² стенки при разности температур между теплоносителями, равной 1 град.

Значение коэффициента теплопередачи зависит от ряда факторов, в т.ч. от вклада в общую скорость процессов переноса теплоты скоростей отдельных видов переноса –теплопроводности, теплового излучения, конвекции.

Теплопроводность

Величину теплового потока Q, возникающего в теле вследствие теплопроводности при некоторой разности температур в отдельных точках тела, определяют по закону Фурье – основному закону теплопроводности.

,

,

где q – плотность теплового потока (количество теплоты, передаваемое через единицу поверхности в единицу времени), знак “–“ указывает на то, что тепловой поток направлен в сторону уменьшения температуры.

,

где – коэффициент теплопроводности, показывает, какое количество теплоты проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на один градус на единицу длины нормали к изотермической поверхности.

Коэффициент теплопроводности определяет способность тела проводить теплоту. Наибольшее значение коэффициента теплопроводности имеют металлы (медь – = 400 Вт/(м·К), сталь = 50 Вт/(м·К)), наименьшее – газы (например, воздух = 0,027 Вт/(м·К)). У жидкостей = (0,1 ÷ 0,7) Вт/(м·К).

Теплоизоляционные строительные материалы обычно имеют пористую структуру, в порах находится воздух, поэтому эти материалы имеют низкие значения коэффициента теплопроводности ( = (0,04 ÷ 3) Вт/(м·К)).

С увеличением давления и температуры теплопроводность газов увеличивается. Для жидкостей и металлов с увеличением температуры теплопроводность обычно уменьшается.