Тепловые балансы

Виды распространения тепла

Перенос теплоты является сложным процессом, поэтому при изучении тепловых процессов его расчленяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция.

Теплопроводность – это перенос тепла вследствие беспорядочного теплового движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Для газов и жидкостей такими микрочастицами являются молекулы и атомы. Для твёрдых тел механизм передачи тепла – колебания атомов и ионов в кристаллической решётке. В твёрдых телах теплопроводность является обычно основным видом распространения тепла.

Тепловое излучение – это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источником этих колебаний являются заряженные частицы – электроны и ионы, входящие в состав излучающего вещества. Твёрдые тела и жидкости излучают волны всех длин, т.е. дают сплошной спектр излучения. При переносе теплоты излучением тепловая энергия вначале превращается в лучистую, а затем обратно: встречая на своем пути какое-либо тело, лучистая превращается в тепловую.

Конвекция – это перенос тепла за счёт макроскопических объёмов жидкости или газа. Если массовое перемещение жидкости или газа вызвано разностью плотностей в различных точках жидкости или газа (вследствие разности температур в этих точках), такую конвекцию называют естественной. Если же перемещение жидкости или газа возникает вследствие затраты на это механической энергии (насос, мешалка и т.д.), такую конвекцию называют вынужденной, или принудительной.

Обычно в теплообменниках происходит сочетание рассмотренных видов переноса теплоты, причём в разных частях аппарата это сочетание может происходить по-разному. Например, в паровом котле от топочных газов к поверхности кипятильных трубок теплота передаётся всеми видами переноса – тепловым излучением, конвекцией, теплопроводностью; от внешней поверхности через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи – только теплопроводностью, и, наконец, от внутренней поверхности к кипящей воде теплота передаётся в основном конвекцией.

Тепловой поток Q обычно определяют из теплового баланса. При этом в общем случае (без учёта потери теплоты в окружающую среду)

Q = Q₁ = Q₂, или Q = G₁(H_1н – Н_1к) = G₂(H_2к – Н_2н) (5.1), где Q₁ – количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем; Q₂ – количество теплоты, принимаемое холодным теплоносителем; G₁ и G₂ – расход соответственно горячего и холодного теплоносителей; Н_1н и Н_1к – начальная и конечная энтальпия горячего теплоносителя; Н_2н и Н_2к – начальная и конечная энтальпия холодного теплоносителя.

Выражение для теплового баланса говорит: тепловая нагрузка по всей цепочке передачи тепла для данного аппарата есть величина постоянная.

Если необходимо учесть потери тепла в окружающую среду, то полученное по уравнениям (5.1) значение Q следует повысить на величину этих потерь. Обычно потери тепла в окружающую среду не превышают 3-5 % от Q.

Дата добавления: 2014-12-16