57. Каковы достоинства и недостатки использования топочных газов в качестве теплоносителей для подвода тепла?

Топочные газы используют в качестве греющего теплоносителя в большинстве случаев на месте их получения для непосредственного нагревания материалов и изделий, качество которых не зависит от загрязнения продуктами сгорания.

Преимуществом топочных газов является возможность их получения непосредственно у аппаратов, теплоснабжение которых они обеспечивают. При этом отпадает необходимость в теплотрассе, промежуточных теплообменниках, уменьшается металлоемкость теплоиспользующего оборудования. Применение топочных газов позволяет достичь любого практически необходимого уровня температуры и тем самым повысить производительность тепло-технологических установок.

К недостаткам топочных газов следует отнести их низкую плотность и теплоемкость, низкие значения коэффициента теплоотдачи, способность загрязнять поверхность теплообмена, пожароопасность, токсичность.

58. Температурное поле и температурный градиент.

Совокупность значении температур в данный момент времени для всех точек рассматриваемой среды называется температурным полем.

Эта зависимость представляет собой уравнение неустановившегося температурного поля. Для установившегося температурного поля:

Предел отношения изменения температуры   к расстоянию между изотермическими поверхностями по нормали   называется температурным градиентом:

Температурный градиент является векторной величиной. Положительным направлением температурного градиента принято считать направление в сторону возрастания температур.

59. Порядок расчёта площади поверхности теплопередачи теплообменников. Приведите соответствующие пояснения и обозначения, входящих в формулы величин.

Тепловой поток находят из уравнения теплового баланса:

где – удельная теплоемкость теплоносителей, – начальная и конечная температуры теплоносителей.

В случае фазового перехода (конденсации или испарения) используют следующее уравнение теплового баланса:

где – удельная теплота парообразования теплоносителей.

Движущую силу находят по уравнению:

где ΔT_б — большая разность температур между теплоносителями, ΔT_м — разность температур между теплоносителями.

Коэффициент теплопередачи находят по формуле:

где , – коэффициент теплопередачи горячего теплоносителя, – коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя, – толщина стенки, – коэффициент теплопроводности.

Поверхность теплообмена определяют от основного уравнения теплопередачи:

60. Опишите молекулярный механизм переноса энергии. Приведите уравнение для удельного потока теплоты.

Поток вещества, вызванный стремлением системы к термодинамическому равновесию (молекулярным перенос), определяется хаотическим перемещением молекул среды, переносящих энергию, и тем самым усредняющих потенциал в рассматриваемом объеме. Молекулярный перенос является определяющим в неподвижных средах и в ламинарно движущихся потоках и описывается уравнением:

61. Определение толщины слоя тепловой изоляции.

Запишем уравнение теплопроводности плоской стенки при установившемся процессе теплообмена:

Запишем уравнение теплоотдачи для изоляции:

Выразим из (6.1) толщину изоляции и подставим в полученное уравнение (6.2):

62. Взаимное направление движения теплоносителей. Сравнение прямотока с противотоком.

Рисунок 7.1 – Схема и график прямоточного движения жидкости

Прямоток

Поступающий в теплообменник теплоноситель, проходя параллельно горячей жидкости, постепенно нагревается по всей длине теплообменника, а так как холодная вода поступает только рядом с самым горячим участком устройства, теплообменник не может охладиться до температуры ниже, чем температура собственно теплоносителя, как показано на рисунке ниже. Более того, при использовании такой схемы в теплообменнике может возникнуть термическое напряжение, так как одна половина устройства заметно теплее другой.

Рисунок 7.2 – Схема и график прямоточного движения жидкости

П ротивоток

Теплоноситель, поступающий в теплообменник противотока, поглощает тепло по мере движения «горячей» жидкости в противоположном направлении. При прохождении через теплообменник теплоноситель нагревается, но так как в устройство поступает более холодная вода, она поглощает больше тепла, понижая температуру гораздо эффективнее, чем в теплообменнике параллельного потока.

Как показано на рисунке ниже, средняя разность температур теплоносителя и охлаждаемой жидкости практически постоянна по всей длине теплообменника, что существенно уменьшает термическое напряжение устройства.