16 Вопрос. Теплоотдача. Уравнение теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи. Теплопроводность.

ТЕПЛООТДАЧА - теплообмен между поверхностью тела и окружающей средой.

Обычно расчет скорости процесса теплоотдачи осуществляют с помощью эмпирического закона охлаждения Ньютона, который в дальнейшем будем называть уравнением теплоотдачи:

d²Q=a(t_ж-t_ст)dFdτ В этом уравнении а - коэффициент пропорциональности, или коэффициент теплоотдачи. При установившемся процессе для всей поверхности теплоотдачи F уравнение принимает вид Q=aF((t_ж-t_ст)τ Найдем размерность коэффициента теплоотдачи: [a]=[Q/Fτ(t_ж-t_cn)]=[Дж/м²*с*К]=[Вт/м²*К]

Таким образом, коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1м² поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1м² к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой 1 град.

Теплопрово́дность — это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

17 Вопрос. Теплопередача. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Для расчета теплообменных аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемое основным уравнением теплопередачи: Q=KFΔt_cpτ

кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий скорость переноса теплоты; Δt_cp средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор), по поверхности теплопередачи; т-время.

18 Вопрос. Подобие тепловых процессов. Критерии подобия.

Запишем дифференциальное уравнение конвективного переноса теплоты - уравнение Фурье-Кирхгофа(1): ∂t/∂τ+w_x*∂t/∂x+w_y*∂t/∂y+w_z*∂t/∂z=a(∂²t/∂x²+∂²t/∂y²+∂²t/∂z²)

Ур-ие 1 преобразим след видом: ∂t/∂τ~t/τ (1); (w_x*∂t/∂x+w_y*∂t/∂y+w_z*∂t/∂z)~wt/l (2); a(∂²t/∂x²+∂²t/∂y²+∂²t/∂z²)~at/l² (3) Поделив выражение (1)на(3),получимсоотношениемеждуконвективным переносом теплоты и теплопроводностью: tl²/(τat)=l²/(aτ), или aτ/l²=Fo. Критерий Фурье Fo является аналогом критерия гомохронности Но и характеризует условия подобия неустановившихся процессов теплоотдачи. Далее, разделив выражение (2) на (3), получим wtl/(lat)=wl/a, или wl/a=Pe. Критерий Пекле Ре характеризует соотношение между интенсивностью переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в движущемся потоке. Теперь рассмотрим подобие граничных условий. При турбулентном движении через пограничный слой у стенки теплота проходит в основном за счет теплопроводности: Q=-λFτ∂t/∂δ. Критерий Нуссельта Nu характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью к теплоте,передаваемой теплопроводностью- al/λ=Nu; Критерий Прапдтля Рг=v/a характеризует подобие физических свойств теплоносителей. Для капельных жидкостей значение Рг с увеличением температуры уменьшается. Для газов Рг ≈1, для жидкостей Рг = 10÷100. Для установившегося процесса теплообмена критериальное уравнение теплоотдачи принимает вид: Nu=f₃(Pr,Re,Fr). Критерий Галилея Ga= gl³/v²_; Критерий Грасгофа Gr показывает отношение сил вязкости к произведению подъемной силы, определяемой разностью плотностей в различных точках неизотермического потока и силы инерции: Nu=f(Gr,Pr)

19 вопрос. Конструкция теплообменников.

Теплообменные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева- Простейший из трубчатых теплообменников типа «труба в трубе» состоит из двух коаксиально закреплённых труб. Первый теплоноситель перемещается по внутренней трубе. Второй теплоноситель проходит в кольцевом пространстве, образованном трубой 1 и соосной с ней наружной трубой. Таким образом, поверхность, через которую передаётся теплота, образована той частью поверхности внутренней трубы, которая заключена во внешней трубе. Для увеличения поверхности теплообмена в одном аппарате элементы, образованные двумя трубами, соединяют последовательно с помощью изогнутых соединительных труб. Межтрубное пространство элементов сообщается через соединительные патрубки. Теплообменные аппараты с плоской поверхностью нагрева- Поверхность теплообмена пластинчатого теплообменника состоит из гофрированных пластин с четырьмя отверстиями по углам. Проложив между пластинами  специальные фасонные прокладки и прижимая пластины друг к другу, можно образовать канал синусоидального профиля, по которому жидкость может перетекать из верхнего левого отверстия в нижнее левое. Эти два отверстия объединены общей большой прокладкой, в то время как два других отверстия окружены малыми (кольцевыми) прокладками, и из них жидкость не может ни выходить, ни входить в канал. Если к двум сжатым пластинам  прижать пластину, объединив прокладкой нижнее правое отверстие с верхним правым, то будет образовано два канала. В первом, между пластинами один теплоноситель перетекает сверху вниз, а во втором канале, между пластинами, другой теплоноситель проходит снизу вверх. Продолжая прибавлять пластины и прокладки справа и слева от образованного пакета, можно увеличивать число параллельных каналов и поверхность теплообмена. Ширина синусоидального канала лежит в пределах от одного до нескольких миллиметров, и жидкость быстро прогревается по всей толщине слоя. Этому способствует искусственная турбулизация потока на поворотах в канале, вызывающая увеличение коэффициента теплоотдачи.