Внешний теплообмен

При внешнем теплообмене возможны два случая протекания процесса:

· теплообмен непосредственно между теплоносителем и поверхностью материала;

· теплообмен между теплоносителем и материалом через пленку конденсата.

Первый случай характерен для процессов сушки и обжига материала, а второй – для тепловлажностной обработки материала в среде насыщенного водяного пара.

Внешний теплообмен между теплоносителем и материалом происходит конвекцией, излучением и теплопроводностью. Поскольку в тепловых установках чаще используется конвективный теплообмен, то подробнее остановимся на его рассмотрении.

Величина теплового потока от теплоносителя к поверхности материала определяется из уравнения Ньютона:

, (10)

где a - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к поверхности материала; t_т – средняя температура теплоносителя; t_м – средняя температура поверхности материала.

Это соотношение применимо для расчета внешнего теплообмена в сушильных установках, где t £ 200^оС. В печных установках, когда доля лучистого теплообмена значительно возрастает, внешний теплообмен можно рассчитать по этой же формуле, однако при этом:

, (11)

где a_к – коэффициент теплоотдачи при конвекции; a_л – коэффициент теплоотдачи при излучении.

При отсутствии в материале эндотермических реакций тепловой поток расходуется:

· на нагрев материала и влаги, содержащейся в материале;

· на испарение влаги с поверхности материала.

Тогда балансовое уравнение внешнего теплообмена будет иметь вид:

, (12)

где r – теплота испарения; r₀ – плотность сухого материала; R_v – отношение объема сухого материала к его поверхности, с которой происходит испарение (характеристический размер тела); c – удельная теплоемкость материала; du/dt - скорость испарения влаги с поверхности материала; dt/dt - скорость нагрева материала.

В этом уравнении 1-ый член правой части учитывает расход тепла на испарение влаги, а 2-ой – на нагрев материала.

При тепловлажностной обработке на поверхности материала, находящегося в тепловой установке, может происходить конденсация пара. Это происходит, если температура поверхности материала меньше температуры окружающей среды и меньше температуры точки росы. В этом случае теплообмен между теплоносителем и материалом усложняется.

Удельный тепловой поток от конденсирующегося пара определяется соотношением:

(13)

где a_п – коэффициент массоотдачи пара; m_п – масса пара; Р^’_п – парциальное давление пара в окружающей среде; Р”_п – парциальное давление пара у поверхности материала.

Балансовое уравнение внешнего теплообмена при наличии пленки конденсата имеет вид:

(14)

где l - коэффициент теплопроводности пленки конденсата; d - толщина пленки конденсата; t_ж – температура наружной поверхности пленки конденсата.