
- •Содержание
- •Введение
- •1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕНОСА
- •1.1. Теплопроводность
- •1.2. Конвективный перенос теплоты
- •1.4. Теплопередача
- •1.5. Теплообмен при парообразовании
- •1.6. Теплоотдача при конденсации пара
- •2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
- •2.4.1. Цель и порядок выполнения работы
- •Приложение
- •Список библиографических источников
Тепловой поток, переходящий от более нагретого тела к менее нагретому посредством излучения, определяется по уравнению:
|
|
|
|
|
T |
|
4 |
|
|
T |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Q |
|
= С |
Fτ |
|
1 |
|
|
− |
|
2 |
|
|
ϕ, |
(1.28) |
|
100 |
|
100 |
|
||||||||||
|
л |
1−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где С1−2 - коэффициент взаимного излучения, Вт/(м2·К4); F – площадь
поверхности излучения, м2; Т1, Т2 – абсолютные температуры поверхностей более нагретого и менее нагретого тел, К; φ – средний угловой коэффициент, который определяется формой и размерами участвующих в теплообмене поверхностей, их взаимным расположением в пространстве и расстоянием между ними.
Если тело, излучающее теплоту, заключено внутри другого тела, то φ=1, а
коэффициент взаимного излучения определяют по формуле: |
|
|||||||
С1−2 |
= |
|
|
1 |
|
, |
(1.29) |
|
1/ С1 |
+ (F1 / F2 )(1/ C2 |
−1/ Co ) |
||||||
|
|
|
|
где C1 =5,67 |
ε1 - коэффициент излучения более нагретого тела, Вт/(м2·К4); |
|||||
C21 =5,67 ε2 |
- коэффициент излучения менее нагретого тела, Вт/(м2·К4); F1, F2 |
|||||
- поверхность более нагретого и менее нагретого тел, м2. |
|
|||||
Если площадь F2 очень велика по сравнению с F1, т.е. |
F1 / F2 →0 , то |
|||||
коэффициент взаимного излучения С1−2 = С1. |
|
|
|
|||
Если F1 = F2 (две параллельные поверхности), то: |
|
|||||
|
С1−2 = |
|
1 |
|
. |
(1.30) |
|
1/ С1 |
+1/ C2 |
|
|||
|
|
−1/ Co |
|
1.4.ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Втепловых процессах теплоносители, участвующие в передаче теплоты, часто разделены перегородкой (стенкой аппарата, стенкой трубы и т.п.). Процесс теплопередачи включает перенос теплоты от ядра потока первого теплоносителя к стенке (теплоотдача), через стенку (теплопроводность) и от стенки к ядру потока второго теплоносителя (теплоотдача). Количество передаваемой теплоты при этом определяется основным уравнением теплопередачи:
для стационарного режима
Q = KF |
tср; |
(1.31) |
для нестационарного режима |
|
|
Q/ = KF |
tсрτ, |
(1.32) |
где Q (Q/) – тепловой поток (количество теплоты), переданное в процессе теплопередачи, Вт (Дж); F – поверхность теплообмена, м2; ∆tср - движущая сила процесса теплопередачи, оС; τ – время, с; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К).
12

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м2 теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями 1К.
При передаче теплоты через однослойную плоскую стенку,
коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле: |
|
|||||||||||||||||
К = |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
. |
(1.33) |
|||
|
1 |
|
+ |
|
δст |
+ |
1 |
|||||||||||
|
|
|
|
α |
|
|
|
λ |
ст |
|
|
α |
2 |
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для многослойной стенки, состоящей из n слоев: |
|
|||||||||||||||||
К = |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
, |
(1.34) |
|||
|
1 |
|
|
|
n |
δ |
|
|
1 |
|||||||||
|
|
|
+ ∑ |
i |
|
+ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
α |
λ |
|
α |
2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
1 |
|
|
i=1 |
|
i |
|
|
|
|
|
|
где δст – толщина стенки, м; λст – коэффициент теплопроводности материала
стенки, Вт/(м·К); α1 и α2 - коэффициенты |
теплоотдачи, |
соответственно, от |
|||||||||||||
горячего теплоносителя к |
разделяющей |
стенке |
и от |
стенки к |
холодному |
||||||||||
теплоносителю, Вт/(м2·К); |
n |
δ |
i |
|
|
δ |
|
δ |
2 |
|
δ |
n |
|
|
|
∑ |
|
= r |
+ |
1 |
+ |
|
+... + |
|
+ r |
|
- сумма |
||||
λ |
|
λ |
λ |
|
λ |
|
|||||||||
|
|
|
заг.1 |
|
|
|
|
|
заг.n +1 |
|
|
||||
|
i=1 |
|
i |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
n |
|
|
|
термических сопротивлений всех слоев стенки, включая термические сопротивления загрязнений внутренней и наружной стенок теплообменной
трубки |
rзаг.1, |
rзаг.n+1, |
(м2·К)/Вт. |
Для |
воды |
можно |
принять |
|||||
|
1 |
= |
1 |
=1600 |
Вт |
. |
|
|
|
|
|
|
|
rзаг.n +1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
rзаг.1 |
|
|
м2 К |
|
|
|
|
|
При расчете средней движущей силы процесса теплопередачи целесообразно использовать график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис.1.1) и (рис.1.2).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1.1. Изменение температуры |
Рис.1.2. Изменение температуры |
||
теплоносителей вдоль поверхности |
теплоносителей вдоль поверхности |
||
теплообмена при движении их |
теплообмена при движении их |
||
противотоком |
прямотоком |
13

Средняя движущая сила процесса теплопередачи при прямоточном и противоточном движении теплоносителей определяется следующим образом:
если |
t б |
≤ 2, |
то |
t ср = |
t б + |
t м |
, |
(1.35) |
||||
t м |
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
tб |
|
|
|
|
tб − |
tм |
|
|||
если |
|
|
|
> 2, |
то |
tср = |
|
|
. |
(1.36) |
||
|
tм |
ln( tб |
tм ) |
где ∆tδ и ∆tм – разность температур теплоносителей на концах теплообменника.
В тепловых процессах за определяющую температуру принимается средняя температура теплоносителя, которая рассчитывается следующим образом. Выбирается теплоноситель, у которого меняется температура на меньшее число градусов. Средняя температура его рассчитывается как среднеарифметическая:
а) если (t1н − t1к) > (t2к − t2н), |
то t2ср = |
t2н + t2к |
|
; |
(1.37) |
||
|
|
||||||
|
2 |
|
|
|
|
||
б) если (t1н − t1к) < (t2к − t2н), |
то t1ср = |
t1н + t1к |
. |
|
(1.38) |
||
|
|
||||||
|
2 |
|
|
|
|
Температура теплоносителя изменяющегося на большее число градусов определяется:
а) |
t1ср = t2ср + |
tср ; |
(1.39) |
б) |
t2ср = t1ср − |
tср. |
(1.40) |
При рассчитанных средних температурах находят по справочникам теплофизические свойства теплоносителей (с, μ, λ, ρ).
Во многих случаях температура стенки является неизвестной, что приводит к некоторым затруднениям при использовании уравнений (1.19), (1.20), (1.22), (1.24). Поэтому при расчетах температурами стенок предварительно задаются, исходя из температурной схемы процесса и режима движения жидкости.
Распределение температуры при передаче теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку при установившемся режиме движения изображено на рис.1.3.
Если |
согласно рис.1.3 ввести обозначения |
t1 = t1ср − t1ст и |
t 2 = t 2ст |
− t 2ср , то в первом приближении средние движущие силы процесса |
теплоотдачи для горячей и холодной жидкости могут быть связаны выражением:
|
t1 |
~ |
Re2 |
. |
(1.41) |
|
|
|
|
||||
|
t |
2 |
|
Re |
|
|
|
|
1 |
|
|
||
При этом полный температурный напор с учетом термического |
||||||
сопротивления стенки может быть приближенно рассчитан по уравнению: |
||||||
tср = (1 ÷ 2°С) + t1 + t2 . |
(1.42) |
14

Рис.1.3. Распределение температур при теплопередаче
Решая совместно уравнения (1.41) и (1.42), находят значения для предварительной оценки данных частных температурных напоров:
t1 |
= |
|
tср − (1 |
÷ 2°С) |
|
, |
||
1 |
+ Re1/ Re2 |
|||||||
|
|
|
||||||
t2 |
= |
|
t |
ср − (1 |
÷ 2°С) |
. |
||
|
1 + Re2/ Re1 |
|||||||
|
|
|
|
Вычисленные значения ∆t1 и ∆t2 затем проверяются из соотношения: q = K tср = α1 t1 = α2 t2 ,
откуда:
t1 = Kαtср ,
1
t2 = Kαtср .
2
t1 и t2
(1.43)
(1.44)
(1.45)
(1.46)
(1.47)
Если принятые температурные напоры не совпадают с рассчитанными (различие составляет более 5%), то ими перезадаются и расчет последовательно повторяют до совпадения принятых величин с расчетными.
В тех случаях, когда процесс теплообмена проводится периодически, т.е. когда вся нагреваемая или охлаждаемая жидкость помещена в одном сосуде и обменивается теплотой с другой жидкостью, протекающей вдоль разделяющей их стенки, процесс теплопередачи будет неустановившимся и температуры меняются непрерывно вдоль поверхности и во времени.
15