Рушійна сила теплопередачі

Як випливає з аналізу рівнянь (12.4) і (12.8) рушійною силою процесу теплопередачі є різниця температур між гарячим і холодним теплоносієм.

Проте температури теплоносіїв в процесі теплопередачі найчастіше міняються уздовж поверхні теплообміну (за винятком випадку зміни агрегатного стану теплоносія), тому при розрахунках в рівняння (5.1) підставляють середню різницю температур .

Визначення здійснюється таким чином.

Якщо і ∆t_min- більша і менша різниці температур між теплоносіями на початку і кінці процесу теплопередачі і /≤ 2, то середня різниця температур визначається як середньоарифметичне

(12.9)

У разі ∆t_max/∆t_min>2 визначення здійснюється по середньо-логарифмічній залежності

(12.10)

Теплопередача при змінних температурах залежить від взаємного напряму руху теплоносіїв уздовж розділяючої їх стінки.

При прямотоці теплоносії рухаються в одному напрямі. Протитечія характеризується рухом теплоносія в протилежних напрямах.

При перехресному тоці теплоносії рухаються перпендикулярно один одному, при змішаному тоці один з теплоносіїв рухається в одному напрямі, а інший — як прямотоком, так і протитечією до першого.

Найпоширенішими видами руху є прямотік і протитечія. Проте застосування протитечії більш економічне, ніж прямотоку.

Це витікає з того, що середня різниця температур при протитечії більше, ніж при прямотоці, а витрата теплоносіїв однакова (при однакових початкових і кінцевих температурах теплоносіїв).

Зіставлення температурних режимів роботи теплообмінних апаратів при прямотоці і протитечії переконує, що при прямотоці максимальний температурний напір має місце біля входу в теплообмінник. Потім цей напір зменшується, досягаючи мінімального значення на виході з апарату. При протитечії теплове навантаження більш рівномірне, а кінцева температура нагріваючого середовища може бути вище кінцевої температури охолоджуючого середовища.

При розрахунку теплообмінних апаратів, а також апаратів, що працюють з середовищами, температура яких відрізняється від температури навколишнього середовища, необхідно знати температури на зовнішній і внутрішній поверхнях стінок.

Так з рівнянь (12.1) і (12.3)

(12.11)

Підставивши в (5.15) значення теплового навантаження з рівняння (5.1), одержимо вираз для визначення температури поверхонь стінки

(12.12)

Теплові втрати. Якщо одна з поверхонь теплопередавальної стінки контактує з навколишнім середовищем, то тепловий потік, що проходить через неї від оброблюваної речовини з протилежної сторони, втрачається безповоротно. Тому метою розробника технологічної апаратури найчастіше є зменшення таких втрат.

Віддача теплоти від поверхні апарату в навколишнє середовище відбувається в загальному випадку шляхом конвекції і випромінювання, тому при розрахунку втрат теплоти слід користуватися рівнянням (5.14)[1].

При розрахунку задаються температурою зовнішньої поверхні апарату (t_ст), а потім перевіряють її.

Для зменшення втрат теплоти апарати покривають шаром теплової ізоляції, тобто шаром матеріалу з низькою теплопровідністю. При нанесенні теплової ізоляції збільшується тепловий опір стінки і зменшується температура зовнішньої поверхні апарату. Цим досягається зниження втрат теплоти, поліпшуються умови праці обслуговуючого персоналу.

При виборі товщини ізоляції слід виходити з допустимих втрат теплоти, які не повинні перевищувати 3...5% від загального теплового навантаження, а також допустимої температури стінки, яка на робочих місцях і в проходах щоб уникнути опіків, повинна бути менше 45 °С.

Далі приведені коефіцієнти теплопровідності деяких теплоізоляційних матеріалів.

Теплоізоляційний матеріал Коефіцієнт теплопровідності Вт/(м •К)

Азбест............................................................................ 0,151

Повсть шерстяна............................................................0,163

Ізоляційна цегла.......................................................0,116...0,209

Пінопласт........................................................................0,047

Скляна вата..............................................................0,035...0,070

Шлакова вата...................................................................0,076

Контрольні питання

1. Що є рушійною силою теплових процесів?

2. Які механізми передачі теплоти існують?

3. Від чого залежить коефіцієнт теплопровідності?

4. У чому полягають відмінності між природною і вимушеною конвекцією?

5. Від яких параметрів найістотніше залежить коефіцієнт тепловіддачі?

6. Які критерії відносяться до критеріїв теплової подібності і яке їх фізичне значення?

7. На чому ґрунтується механізм передачі теплоти випромінюванням?

8. У чому полягає суть процесу теплопередачі?

9. Як визначається середня рушійна сила процесу теплопередачі?

10. Які теплоізоляційні матеріали застосовуються в промисловості?

Дата добавления: 2014-01-15