В тепловых процессах осуществляется передача тепла — теплопередача от одного теплоносителя к другому, причем эти теплоносители в большинстве случаев разделены перегородкой { стенкой аппарата, стенкой трубы и т. п.). Количество передаваемого тепла определяется основным уравнением теплопередачи.: Q=K D t_m F.

В этом уравнении коэффициент теплопередачи К является суммирующим коэффициентом скорости теплового процесса, учитывающим необходимость перехода тепла от ядра потока первого теплоносителя к стенке (теплоотдачей), через стенку { теплопроводностью) и от стенки к ядру по тока второго теплоносителя (теплоотдачей). К оэффициент теплопередачи определяет количество тепла, которое передается от одного теплоносителя к другому через единицу площади раз де ляющей их стенки в единицу времени при разности темпера тур между теплоносителями 1 град.

Соотношение для расчета коэффициента теплопередачи можно вывести, рас смотрев процесс передачи тепл а от одного теплоносителя к друго му через разделяющую их стенку. На рис. 1 показана плоская стенка тол щин ой d, материа л которой имеет коэффициент теплопрово дности l. По одну сторону стенки протекает теплоноситель с температурой t_f1 в ядре потока, по другую сторону—теплоно ситель с температурой t_f2 . Температуры поверхностей стенки t_{w 1} и t_w2 . Коэффициенты теплоотдачи a₁ и a₂ . При установившемся процессе количество тепла, передаваемо го в единицу времени через площадку F от ядра потока первого теплоносителя к стенке, равно количеству тепла, передаваемого через стенку и от стенки к ядру потока второго теплоносителя.

Рис. 1. Характер изменения температур при теплопередаче через п лоскую стенку

Это количество тепла можно опреде лить по любому из соотношений:

Из этих соотношений можно получить:

Складывая эти уравнени я, получим:

откуда

Из сопоставления уравнений найдем

откуда

Величина 1/К, обратная коэффициенту теплопередачи, представляет собой термическое сопротивление теплопередаче. Величины l/ a₁ и 1/a₂ являются термическими сопротивлениями теплоотдаче, а d /l— те рмическим сопротивлением стенки. Из уравнения следует, что термическое сопротивление теплопередаче равно сумме термических сопротивлений теплоотдаче и стенки.

При расчетах коэффициента теплопередачи в случае многослойной стенки необходимо учитывать термические сопротивления всех слоев. В этом случае коэффициент теплопередачи определяют по формуле

где i—порядковый номер слоя; п— число слоев.

Рис. 2. Характер изменения температур теплоносителей при прямоточном движе­нии их вдоль поверхности теплообмена

ДВИЖУЩАЯ СИЛА ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Движущей силой тепловых процессов является разность температур сред, при наличии которой тепло распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой. При теплопередаче от одного теплоносителя к другому разность между темп ературами теплоносителей не сохраняет постоянного значения вдоль поверхности теплообмена, и поэтому в тепловых расчетах, где применяется основное уравнение теплопередачи к конечной поверхности теплообмена, необходимо пользоваться средней разностью темп ератур.

На рис. 2 показан характер изменения температур теплоносителей «при прямоточном движении их вдоль поверхности теплообмена. Один из теплоносителей охлаждается от температуры t’₁ до t’’₁ , другой нагревается от t’₂ до t’’₂ . Количество тепла, переданное в единицу времени от первого теплоносителя ко второму на произвольно выделенном элементе теплообменной поверхности можно определить по основному уравнению теплопередачи:

где ʗ коэфф ициент теплопередачи; t₁ и t₂ — температуры теплоносителей по обе стороны элемента dF.

В результате теплообмена на элементе поверхности температура первого теплоносителя понизится на dt ₁ а второго— повысится на d t₂

где G₁ и G₂ —расходы первого и второго теплоносителей; c₁ и с ₂ — теплоемкости первого и второго теплоносителей.

Вычитая равенство (в) из равенства (б), получим:

Подставив значения G₁ c₁ и G₂ c₂ из уравнений (е) и (ж) в равенство (д), имеем:

Подставив значение dQ из уравнения (а) в равенство (г) и выполнив преобразования, имеем

Обозначив через Q общее количество тепла, переданное в единицу времени от первого теплоносителя ко второму на всей теплообменной поверхности F , из уравнения теплового баланса, получим:

Прои нтегрировав уравнение при постоянном К, получим

Обозначив наибо льшую разность температур между теплоносителями Dt_b = t’₁ -t’₂ , а наименьшую Dt_м = t’’₁ -t’’₂ , подставим соотношение в следующем виде:

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--