Определение площади поверхности теплообмена

При осуществлении конструктивного расчета теплового аппарата в некоторых случаях возникает необходимость определения площади поверхности теплообмена, обеспечивающей передачу требуемого теплового потока.

Необходимая площадь поверхности теплообмена определяется из уравнения теплопередачи

Q = K ּ F ּ ∆t ּ τ, (6.54)

где Q – количество теплоты, которое необходимо передать через поверхность нагрева (Определяется как Q_затр из уравнения теплового баланса аппарата), кДж;

F – площадь поверхности теплообмена, м²;

∆t – температурный напор, К или ºС;

τ – время, с;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ּ К).

F = . (6.55)

Площадь поверхности теплообмена рассчитывается для периода разогрева и стационарного режима. Из полученных двух значений выбирается большее, которое и принимается за площадь поверхности теплопередачи.

В теплообменниках аппаратов предприятий общественного питания обычно теплопередающая металлическая стенка является однослойной, и нагрев ее осуществляется конденсирующимся паром, жидкостью или газом, а нагреваемой средой являются вода, воздух, масло, иногда пищевые продукты. Соответственно коэффициент теплопередачи определяется по формуле

К = , (6.56)

где α₁, α₂ – соответственно коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к наружной поверхности стенки и от внутренней поверхности стенки к нагреваемой среде, Вт/(м² ּ К);

δ – толщина стенки, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(мּК).

Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением и определяется как

R = = , (6.57)

где R – термическое сопротивление, (м² ּ К)/Вт.

Термическое сопротивление металлической стенки толщиной 1…2 мм мало и им обычно пренебрегают. Тогда формула 6.56 примет вид

К = = . (6.58)

Из приведенной формулы видно, что К всегда меньше меньшего коэффициента теплоотдачи. Для увеличения К и соответственно тепловой нагрузки аппарата следует стремиться к увеличению меньшего коэффициента теплоотдачи. Если это не возможно, то стенку со стороны с меньшим коэффициентом теплоотдачи оребряют.

Коэффициенты теплоотдачи α₁, α₂ определяются для случаев: от конденсирующегося пара, жидкости или газа к металлической стенке и от стенки к нагреваемой воде, воздуху, маслу или пищевому продукту.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующихся паров к стенке зависит от характера конденсации, которая может быть пленочной или капельной. В предприятиях общественного питания в основном все аппараты с конденсацией водяного пара имеют, шероховатые поверхности охлаждения, для которых характерна пленочная конденсация. Чем толще пленка конденсата, тем больше ее термическое сопротивление и тем меньше теплоотдача.

При конденсации пара на вертикально расположенной стенке толщина стекающей пленки конденсата возрастает книзу, начиная от верхней кромки стенки. Среднее значение α_в в условиях ламинарного движения конденсатной пленки и стационарного режима для всей высоты стенки Hпо формуле Нуссельта составит

α_в = 0,943ּ , (6.59)

где r – теплота конденсации пара (теплота парообразования), Дж/кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

λ_ж – коэффициент теплопроводности жидкости в пленке, Вт/(мּК);

ρ' – плотность жидкости, кг/м³;

ρ" – плотность насыщенного пара, кг/м³;

ν_ж – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м²/с;

t_s – температура насыщения при данном давлении пара, °С;

t_ст – температура стенки, °С;

H – высота стенки, м.

Физические параметры конденсата λ, ρ, ν определяются по табл 6.7 для средней температуры конденсатной пленки

t_ср = . (6.60)

Таблица 6.7

Дата добавления: 2015-06-30