2.16. Интенсификация теплопередачи

Для интенсификации переноса тепло­ты через стенку нужно либо увеличить перепад темпера­тур между теплоносителями , ли­бо уменьшить термическое сопротивле­ние теплопередачи R_к.

Температуры теп­лоносителей обусловлены требованиями технологического процесса, поэтому из­менить их обычно не удается.

Термическое сопротивление R_к мож­но уменьшить различными способами, воздействуя на любую из составляю­щих R_α1, R_λ, R_α2.

Интенсифицировать конвективный тепло­обмен и уменьшить R_α можно путем уве­личения скорости движения теплоносите­ля, турбулизации пограничного слоя и т. д.

Термическое сопротивление тепло­проводности R_λ, зависит от материала и толщины стенки.

Прежде чем выбирать методы воздействия на процесс теплопередачи, необходимо установить вклад отдельных составляющих R_α1, R_λ и R_α2 в суммарную величину R_к. Естественно, что существенное влия­ние на R_к будет оказывать уменьшение наибольшего из слагаемых. В широко используемом в технике процессе переда­чи теплоты от капельной жидкости к газу через металлическую стенку наибольшее термическое сопротивление имеет место в процессе теплоотдачи от газа к стенке R_α2, а остальные термические сопротив­ления R_α1 и R_λ пренебрежимо малы по сравнению с ним. В таких случаях для интенсификации теплопередачи очень часто оребряют ту поверхность стенки, теплоот­дача от которой менее интенсивна. За счет увеличения площади F₂ оребренной поверхности стенки термическое сопро­тивление теплоотдачи с этой стороны стенки R_α2=1/α₂F₂ уменьшается и со­ответственно уменьшается значение R_к.

Рис. 2.9. Оребренная поверхность

Аналогичного результата можно бы­ло бы достигнуть, увеличив α₂, но для этого обычно требуются дополнительные затраты мощности на увеличение скоро­сти течения теплоносителя.

Ребра, имеют форму пластин, стержней или любую другую. Прикрепляют к теплоотдающей поверхности с помощью сварки, пай­ки или изготовляют как целое со стенкой (радиаторы ото­пления, корпуса двигателей и редукто­ров, радиаторы для охлаждения воды в двигателях внутреннего сгорания и т.д.)

Термическое сопротивление теплоот­дачи R_α2 за счет оребрения поверхности уменьшается пропорционально коэф­фициенту оребрения (отноше­нию площади оребренной поверхности к площади гладкой поверхности до ее оребрения), т.е. K_ор=F_ор/F_гл.

2.17. Тепловая изоляция

Назначение тепловой изоляции - уменьшение потерь теплоты сооружениями, агрегатами, коммуни­кациями.

Материалы с ма­лой теплопроводностью [λ < 0,2 Вт/(м·К)] на­зываются теплоизоляторами.

Большинство теплоизоляторов состо­ит из волокнистой, порошковой или по­ристой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь пре­пятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением. Сама основа в плотном со­стоянии обычно обладает достаточно вы­сокой теплопроводностью [λ≈1Вт/(м·К)].

Эффективность тепловой изоляции зависит:

1) От плотности набивки теплоизолятора. С увеличением плотности набивки теплопроводность возрастает - эффективность снижается.

2) От температуры теплоизолятора. С увеличе­нием температуры коэффициент тепло­проводности теплоизоляции растет из-за увеличения теплопроводно­сти воздуха и усиления теплопереноса излучением - эффективность снижается.

3) От влажности теплоизолятора. Очень сильно растет теплопровод­ность при увлажнении пористых теплои­золяторов. Поры заполняются водой, теплопроводность которой на порядок выше, чем воздуха, и, кроме того, за счет капиллярных явлений вода может перемещаться внутри пор, усиливая, таким образом, перенос теплоты. В результате - эффективность снижается.

Основные виды тепловой изоляции:

1. Теплоизоляционные плиты, блоки, кирпичи;

2. Искус­ственно вспученные материалы из за­стывшей пены (пенопласты, вермикулит, пенобетоны и т.д.);

3. Вакуумно-многослойные и вакуумно-порошковые теплоизоляционные материа­лы, λ_эф≈10^-4 Вт/(м·К).

Расчет теплоизоляции проводят по формуле теплопередачи, причем допустимые теплопотери обычно извест­ны, а в результате расчета находят тол­щину слоя теплоизоляции δ, которая вхо­дит в выражение R_λ.

Вид теплоизолятора выбирают по температуре и физико-химическим свой­ствам теплоносителей. Каждый теплоизолятор имеет вполне определенную пре­дельную температуру, при которой он еще сохраняет свои свойства.