Главная | Обратная связь

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ

ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

В большинстве практических случаев взаимодействие теплоносителей происходит через некоторую поверхность раздела, которая в общем случае может рассматриваться как многослойная твердая стенка. Например, в труб- чатых теплообменниках передача теплоты происходит через стенку трубы и два слоя загрязнений с обеих сторон стенки. Этот вид теплообмена называет- ся теплопередачей.

На рисунке 3.1 показана плоская стенка толщиной ст, материал ко- торой имеет коэффициент теплопроводности ст. По одну сторону стенки

протекает теплоноситель с температурой t1

в ядре потока, по другую сторону

теплоноситель с температурой и tст2 .

t2. Температуры поверхностей стенки

tст1

 

t

 

α α

 

 

x

 

Рис. 3.1 Схема теплопередачи через стенку

 

При установившемся процессе количество теплоты Q , передаваемое в единицу времени через поверхность площадью S от ядра потока первого теп- лоносителя к стенке, равно количеству теплоты, передаваемому через стенку и от стенки к ядру потока второго теплоносителя. Это количество теплоты можно определить по любому из представленных ниже соотношений:

уравнению теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке:

 

Q 1 S(t1

tст1); (3.1)

 

уравнению теплопроводности внутри стенки:

 

Q S(tст1

tст2 ) ; (3.2)

 

 

уравнению теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю:

 

Q 2 S(tст2

t2) . (3.3)

 

Из этих соотношений следует, что

 

t1 t

 

ст1

Q

( 1 S ) ; (3.4)

 

 

tст1

 

 

tст 2

tст 2

 

 

t2

; (3.5)

 

 

. (3.6)

 

 

Складывая последние три уравнения (3.4), (3.5) и (3.6), имеем

 

 

t1 t2

Q 1 ст

1 ст

S

1

 

 

; (3.7)

 

 

или

 

Q K S(t1 t 2) , (3.8)

 

где

K называется коэффициентом теплопередачи.

 

 

Коэффициент теплопередачи K является суммирующим коэффициен- том скорости теплового процесса, учитывающим необходимость перехода теплоты от ядра потока первого теплоносителя к стенке (теплоотдачей), че- рез стенку (теплопроводностью) и от стенки к ядру потока второго теплоно- сителя (теплоотдачей) [11, 12, 13].

Численное значение коэффициента теплопередачи K определяется количеством теплоты, которое передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку площадью 1 м2 в единицу времени при разности температур между теплоносителями 1 °С. Единица измерения

коэффициента теплопередачи – Вт/(м2· К).

При расчетах необходимо учитывать термические загрязнения со сто- роны теплоносителей, поэтому при расчете коэффициента теплопередачи

вместо величины ние стенки [14-16]:

ст используют так называемое термическое сопротивле-

ст

 

rст

rзагр1

rзагр2, (3.9)

 

 

где

rзагр1,

rзагр2

– термические сопротивления загрязнений стен-

ки, (м2·К)/Вт.

Тогда коэффициент теплопередачи:

 

K 1

1

rст

1 . (3.10)

 

Наиболее часто теплопередача в промышленной аппаратуре протекает при переменных температурах теплоносителей. Температуры теплоносите- лей изменяются вдоль поверхности разделяющей их стенки, поэтому в теп-

ловых расчетах пользуются средней разностью температур

должна войти в уравнение теплопередачи (3.8).

tср, которая и

Количество теплоты, передаваемое через поверхность при теплообме- не, пропорционально средней разности температур. Таким образом, основное уравнение теплопередачи принимает вид:

 

Q K S

tср. (3.11)