ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Для расчета теплообменных аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемое основным уравнением теплопередачи.

 

Q=K⋅F⋅tср⋅ τ;,		(2)
где К - кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи),
характеризующий скорость переноса теплоты;	t ср	- средняя движущая сила
или средняя разность температур между теплоносителями (средний
температурный напор), по поверхности теплопередачи; τ;	- время.
Для непрерывного процесса теплопередачи Q = K ⋅F ⋅	tср.
Тепловой поток Q обычно определяют из теплового баланса. При этом в
общем случае (без учета потери теплоты в окружающую среду)
Q=Q1=Q2;илиQ=G1 (H1н−H1к)=G2 (H2к−H2н),	(3)
где Q1 - количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем; Q2 -
количество теплоты, принимаемое холодным теплоносителем; G1	и	G 2	-
расход соответственно горячего и холодного теплоносителей; H1ни	H1к	-
начальная и конечная энтальпии горячего теплоносителя;	H 2ни		H 2к	-

начальная и конечная энтальпии холодного теплоносителя.

Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния в процессе теплопередачи (процессы нагревания и охлаждения), то уравнение теплового баланса (3) принимает следующий вид:

Q = G₁c₁ (t_1н − t_1к) = G ₂c₂ (t _2к − t _2н), (4)

где c₁ и c₂ - теплоемкости горячего и холодного теплоносителя (при средней температуре теплоносителя).

Если необходимо учесть потери теплоты в окружающую среду, то полученное по уравнениям (3) - (4) значение Q следует повысить на величину этих потерь. Обычно потери теплоты в окружающую среду теплоизолированными стенками теплообменников не превышают 3-5% от Q.

Поскольку расчет тепловых потоков, как правило, проводят по уравнениям теплового баланса, то основное уравнение теплопередачи обычно используют для определения поверхности теплопередачи:

F=		Q	.		(5)
K	tср τ;
Движущая сила процесса	t ср	представляет собой среднюю разность

температур между температурами теплоносителей. Наибольшую трудность вызывает расчет коэффициента теплопередачи К,характеризующего скорость процесса теплопередачи с участием всех трех видов переноса теплоты. Физический смысл коэффициента теплопередачи вытекает из уравнения (2); его размерность:

	Q				Дж			Вт
[K]=F			=		=	2.
t	τ;
	ср		м⋅К⋅с	м К

Следовательно, коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через 1 м² стенки при разности температур между теплоносителями, равной 1 град.

Таким образом, чтобы рассчитать необходимую для проведения теплового процесса поверхность теплопередачи, нужно помимо движущей

силы t_ср определить коэффициент теплопередачи, значение которого зависит от ряда факторов, в том числе от вклада в общую скорость процессов переноса теплоты скоростей отдельных видов переноса - теплопроводности, теплового излучения, конвекции.

 

 

44 вопрос