2522

где F - поверхность стенки; t 1 , t 2 - соответственно температуры горячей и холодной жидкостей.

В зависимости от принятой схемы расчета значение Q может быть отнесено и к единице длины, поверхности или объема.

2.4.3. Теплопередача через плоскую однослойную стенку

Температуры поверхностей стенки tст1 и tст 2 неизвестны. При стационарном температурном поле количество тепла,

переданное от горячей жидкости к стенке, равно количеству тепла, переданному через стенку, и количеству тепла, отданному от стенки к холодной жидкости. Таким образом

Из этих уравнений частные температурные напоры выразят-

ся

101

1

tж1 tcn1 q

1

2.4.4. Теплопередача через плоскую многослойную стенку

Рассматривается плоская стенка, состоящая, скажем, из трех

слоев (рис. 58). Толщины слоев 1 , 2 и 3 , коэффициенты тепло-

проводности 1 , 2 и 3 . С одной стороны находится горячая

102

Рис.58 Из уравнений (2.88) находятся частные температурные на-

поры:

103

Откуда удельный тепловой поток выразится

где коэффициент теплопередачи

1

2.4.5. Теплопередача через однослойную цилиндрическую стенку

Рассматривается цилиндрическая стенка (труба) с внутрен-

ним диаметром d1 , наружным d2 и длиной l. Стенка трубы одно-

104

При установившемся тепловом состоянии количество тепла, отданное горячей и воспринятое холодной средой, одно и то же. Следовательно, можно записать

где линейный коэффициент теплопередачи

105

2.4.6.Теплопередача через ребристую стенку

Всовременных теплообменных аппаратах в целях интенсификации процесса теплопередачи широко используются стенки с ребристыми поверхностями.

Рассмотрим плоскую стежку толщиной , коэффициент те-

плопроводности материала которой равен . Одна из сторон стенки снабжена ребрами из того же материала (рис.59).С гладкой сто-

роны поверхность равна F 1 , с оребренной - F2, которая составляется из поверхности ребер и поверхности самой стенки между ребрами. Температура горячей жидкости, омывающей гладкую сторону, рав-

на t ж1 , температура поверхности tст1 . Температура холодной жид-

кости, омывающей оребренную сторону, равна tж 2 , температура

поверхности t ст 2 . Значения коэффициентов теплоотдачи соответст-

106

2.4.7. Интенсификация процессов теплопередачи

При решении практических задач теплопередачи зачастую требуется интенсифицировать процесс. Термосопротивление стенки можно уменьшить путем уменьшения толщины стенки и увеличения коэффициента теплопроводности материала стенки. Теплоотдача соприкосновением может быть повышена путем перемешивания жидкости и увеличения скорости движения. При тепловом излучении — путем повышения степени черноты и температуры излучающей поверхности.

В качестве примера рассмотрим формулу коэффициента теплопередачи для плоской стенки.

107

Если термосопротивлением стенки пренебречь, т.е. пола-

0

гать, что , то выражение (2.97) примет вид

1 2 (2.98)

Из формулы (2.98) следует, что коэффициент теплопередачи всегда меньше самого малого из коэффициентов теплоотдачи. От-

1 2 , то интенсификация может быть достигнута только путем увеличения меньшего из них.

2.4.8. Тепловая изоляция

На практике довольно часто требуется снизить потери тепла от теплообменных аппаратов, трубопроводов, котельных установок, через стены помещений. В большинстве случаев это достигается путем нанесения на стенку слоя тепловой изоляции. Тепловой изоляцией называется вспомогательное покрытие, которое способствует снижению потери тепла в окружающую среду. При нанесении покрытия на стенку уменьшается коэффициент теплопередачи, как это видно из формулы (2.97) для плоской стенки.

Наилучший эффект достигается, когда в качестве теплоизоляции применяются материалы с низким коэффициентом теплопро-

водности - из .

108

Собственно изоляционными называют такие материалы, коэффициент теплопроводности которых при температуре 50 - 100°С

Вт

меньше 0,2 м К Различают теплоизоляционные материалы естественного и

искусственного происхождения. К первым относятся асбест, слюда, дерево, пробка, опилки, торф, земля и др., в состав вторых входят шлаковая вата, зонолит, асбозурит, асбослюда, альфольевая изоляция, пенопласты и др.

При выборе материала для изоляции необходимо принимать во внимание механические свойства материалов, а также их способность поглощать влагу и выдерживать высокую температуру. Для изолируемого объекта, работающего в режиме высоких температур, обычно применяется многослойная изоляция: сначала ставится материал, выдерживающий высокую температуру, а затем уже более эффективный с точки зрения теплоизоляционных свойств материал.

Особый интерес представляет технология рационального выбора материала для тепловой изоляции трубопроводов. При наложении тепловой изоляции на трубопроводе потери тепла снижаются не пропорционально увеличению толщины изоляции, поскольку у изолированного провода внешняя поверхность увеличивается, и условия теплоотвода улучшаются. Установлено, что материал изоляции выбран рационально, если его коэффициент теплопроводности удовлетворяет неравенству

d2 - наружный диаметр трубопровода; 2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности к окружающей среде. При невыполнении условия (2.101), когда используется материал, для

которого из 2 d2 / 2 , тепловые потери будут возрастать, и при некоторой толщине слоя материала тепловые потери достигнут максимума и только при еще более толстом слое начнут постепенно снижаться.

109

2.5.Теплообменные аппараты

2.5.1.Типы теплообменных аппаратов

Теплообменным аппаратом считается устройство, в котором осуществляется процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными считаются аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их твердую стенку

К таким аппаратам относятся паровые котлы, подогреватели, конденсаторы, автомобильные радиаторы.

Регенеративными называются аппараты, в которых одна и та же поверхность омывается вначале горячим и затем холодным теплоносителем. Примером таких аппаратов являются регенераторы доменных и стеклоплавильных печей, автомобильные регенераторы.

Всмесительных аппаратах процесс теплопередачи осуществляется путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. По этой схеме работают градирни, скрубберы.

2.5.2.Рекуперативные теплообменники. Схемы движения теплоносителей. Основные расчетные уравнения

Втехнике наиболее распространены рекуперативные теплообменники. Характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности нагрева зависит от схемы их движения в аппарате.

110