Методические указания. Теория теплообмена – наука о процессах переноса теплоты

Теория теплообмена – наука о процессах переноса теплоты. Применительно к холодильным машинам рассматриваются следующие процессы:

Теплопроводность – перенос тепла, возникающий при непосредственном соприкосновении между частицами тела. Распространение тепла путем теплопроводности описывается законом Фурье, согласно которому количество переданного тепла пропорционально падению температуры, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению распространения тепла:

или ,

где: – температурный градиент, ; – элементарная площадка, ; – коэффициент теплопроводности тела, который определяет количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу поверхности при падении температуры в градусах на единицу длины, .

Тепловой поток через плоскую стенку:

,

где – толщина стенки, м.

Конвекция – распространение тепла путем перемещения и перемешивания между собой более и менее нагретых частиц жидкости. Распространение тепла определяется по закону Ньютона:

,

где – коэффициент, который определяет количество теплоты, проходящее в единицу времени от рабочего тела (жидкости) к стенке (или наоборот) через 1 м² поверхности при разности температур в 1 градус, , и определяется с использованием критериев подобия – безразмерных соотношений параметров, характеризующих физический процесс и экспериментальных данных.

Теплообмен излучением – лучеиспускание – перенос энергии в виде электромагнитных волн. Распространение тепла

,

где: – степень черноты тела; – лучеиспускательная способность, ; – лучеиспускательная способность абсолютно черного тела; – постоянная Стефана – Больцмана; – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Теплопередача – процесс теплообмена, являющийся результатом совокупного действия теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Распространение тепла:

,

где – коэффициент теплопередачи, , – представляет собой мощность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м² поверхности при разнице температур между средами в 1 градус.

Тепловые процессы в агрегатах холодильных машин.

Теплообменные аппараты:

Конденсатор – служит для передачи поглощенного хладагентом тепла в более холодную окружающую среду (имеет 3 рабочие зоны – отвод теплоты перегрева, конденсация, охлаждение жидкости).

При расчете конденсатора определяется площадь рабочей поверхности теплопередачи и режим обдува. Исходными данными для расчета являются:

- тепловая нагрузка – ();

- температура конденсации – ();

- рабочее тело;

- начальная температура охлаждающей среды.

Тепловая нагрузка конденсатора равна:

,

откуда площадь теплопередающей поверхности:

,

где – средняя логарифмическая разность температур.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к площади внутренней поверхности теплопередачи:

,

где: – коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента; – коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха; – площадь поверхности, к которой отнесены термические сопротивления (поверхность раздела); – сумма термических сопротивлений, загрязнений и стенки.

,

, – начальная и конечная температуры охлаждающей среды; – температура конденсации.

Данные для расчета:

- нагрев воздуха в конденсаторе 8…10º С;

- коэффициент теплопередачи;

- коэффициент теплоотдачи определяется по критериальным уравнениям и геометрии конденсатора.

Испаритель – теплообменный аппарат, в котором происходит кипение хладагента за счет отнятия тепла от охлаждающей среды.

При расчете испарителя определяется площадь его теплопередающей поверхности. Исходными данными для расчета являются:

- холодопроизводительность;

- температура охлаждаемой среды;

- рабочее вещество;

- тип аппарата.

Сумма теплопритоков в камеры холодильной машины:

,

где – расход холода на теплопередачу через ограждение камер; – на охлаждение и замораживание продуктов; – на охлаждение воздуха в камерах; – на эксплуатационные нужды (утечки через неплотности).

 

Холодопроизводительность:

,

где – коэффициент рабочего времени (»0, 5).

Площадь теплопередающей поверхности:

,

где – плотность теплового потока.

Средняя логарифмическая разность температур:

,

где , – разности температур воздуха и хладагента на входе и выходе испарителя.

Коэффициент теплопередачи:

,

где: – коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого воздуха стенке испарителя; – коэффициент теплоотдачи от стенки испарителя кипящему хладагенту; – толщина стенки каналов испарителя

Теплоизоляция холодильников.

Характерная особенность всех теплоизоляционных материалов – пористая структура, которая в значительной степени определяет их термическую их термическую сопротивляемость. Основные физико – технические свойства теплоизоляции – теплопроводность, влагопоглощение, объемный вес, прочность, биостойкость, химическая активность, технологичность.

Расчет теплоизоляции холодильника сводится к определению ее толщины, обеспечивающей достаточное термическое сопротивление проникновению тепла в холодильную камеру. Термическое сопротивление теплопередаче является величиной обратной общему коэффициенту теплопередачи принятого ограждения:

,

где , – коэффициент теплоотдачи воздуха наружной поверхности шкафа и внутренней поверхности холодильной камеры воздуху камеры; , , – толщина слоя теплоизоляции, стенок корпуса шкафа, холодильной камеры; , , – коэффициенты теплопроводности материалов теплоизоляции, шкафа, холодильной камеры.

Толщина теплоизоляции без учета стенок шкафа и камеры:

.

Вопросы для самопроверки

1. Какие тепловые процессы протекают в элементах холодильных машин? 2. Какими физическими явлениями описываются тепловые процессы в агрегатах холодильных машин? 3. Принцип теплового расчета конденсатора, испарителя, тепловой защиты холодильной машины.