Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теплопередача




Теплообміном називають процес передачі теплоти від одного тіла до іншого, необхідною і достатньою умовою для якого слу­жить різниця температур між цими тілами. Мірою теплообміну вважають кількість переданої теплоти. За одиницю кількості теп­лоти в системі СІ прийнято Джоуль.

Речовини, які беруть участь у процесі теплообміну, називають теплоносіями. Речовину з вищою температурою, яка у процесі теплообміну віддає теплоту, називають гарячим теплоносієм, а речовину з нижчою температурою, яка сприймає теплоту, — хо­лодним теплоносієм. Як гарячі теплоносії в промисловості най­частіше використовують водяну пару, гарячу воду, нагріте повітря, димові гази, ропу (розсіл), вугликислоту, аміак і фреони.

Є три способи перенесення теплоти: теплопровідність, кон­векція і випромінювання.

Теплопровідністю називають явище перенесення теплової енергії безпосереднім контактом між частинками тіла.

Конвекцією називають процес поширення теплоти в результаті переміщення і перемішування між собою частинок рідини або газу.

Випромінюванням називають процес передачі теплоти від од­ного тіла до іншого поширенням електромагнітних хвиль у про­сторі між цими тілами.

Тепловіддачею називають процес теплообміну між твердою стінкою (тілом) і рідким (газоподібним) середовищем, що її омиває.

Теплопередачею називають процес теплообміну між двома середовищами, розділеними твердою перегородкою.

Теплопровідність. Закон Фур'є. Основне рівняння перенесен­ня теплоти способом теплопровідності за законом Фур'є можна подати для одновимірного потоку так:

(4.20)

 

 

Де — швидкість перенесення теплоти або тепловий потік, тобто кількість теплоти, яка передається протягом одиниці часу, Вт;

F — площа перерізу, перпендикулярна до напрямку теп­лового потоку, ;

— температурний градієнт, тобто зміна температури за­лежно від відстані у напрямі осі (напрям, зворотний потоку теплоти), °C/м;

Теплопровідність плоскої стінки. Розглянемо однорідну

стінку товщиною (рис.4.21), коефіцієнт теплопровідності якої сталий і дорівнює .Температура змінюється лише у напрямі осі

, а ізотермічні поверхні розташовуються перпендикулярно до

цієї осі. На зовнішніх поверхнях підтримуються температури .

Виділимо на відстані шар завтовшки , обмежений двома ізотермічними поверхнями. Тоді на підставі закону Фур'є питомий тепловий потік для цього шару буде або .

В результаті інтегрування цього рівняння дістанемо

.

Рис. 4.21. Схема теплопровідності

Сталу інтегрування С визначають з рівняння при , ,

Звідки . Оскільки при то

 

З цього рівняння визначають питомий тепловий потік

.

відношення називають теплопровідністю стінки, а обернену

їй величину — тепловим або термічним опором стінки.

Термічний опір багатошарової стінки, тобто стінки з кількох різнорідних шарів, дорівнює сумі термічних опорів окремих шарів

(4.22)

Конвективний теплообмін. У рідких середовищах і газах теп­ло переноситься в основному за рахунок конвекції (переміщення) частинок, тому і процес теплоти обміну між рідиною і стінкою на-

зивають конвективним теплообміном. Під час конвективного теплообміну тепло передається від поверхні твердого тіла до ріди­ни через пограничний шар за рахунок теплопровідності, і від по­граничного шару в масу (ядро) рідини переважно конвекцією. На величину переданого теплоти дуже впливає характер руху рідини.

За природою виникнення розрізняють два види руху рідини: вільний і примусовий.

Вільний рух рідини або природна конвекція виникає внаслідок різниці густин нагрітих і холодних частинок рідини, тобто під дією внутрішніх сил.

Примусовий рух рідини виникає під дією зовнішніх сил (насо­са, вентилятора).

При малих швидкостях руху утворюється струминний харак­тер течії (ламінарний режим), а при значних — невпорядковано-вихровий (турбулентний) режим. Проте у пограничному шарі біля стінки каналу ламінарний режим течії зберігається і для тур­булентного режиму. У випадку турбулентного руху рідини теп­лообмін відбувається значно інтенсивніше, ніж при ламінарному.

Закон Ньютона. Основним законом конвективного теплообмі­ну є закон Ньютона, за яким кількість теплоти Q, що передана про­тягом одиниці часу від теплообмінної поверхні навколишньому се­редовищу або, навпаки, навколишнім середовищем теплообмінній поверхні, прямо пропорційна поверхні теплообміну F і різниці температур між поверхнею стінки

і навколишнім середовищем t

(4.23)

де а — коефіцієнт тепловіддачі, що визначає інтенсивність про­цесу, Вт/( °С).

Коефіцієнт тепловіддачі показує, яка кількість теплоти пере­дається протягом одиниці часу через одиницю теплообмінної по­верхні при різниці між температурами поверхні і навколишнього середовища (рідини або газу) 1°С.

Визначення коефіцієнта тепловіддачі пов'язане із значними труднощами, оскільки він залежить від багатьох факторів: режи­му і швидкості руху рідини, фізичних параметрів рідини, форми і розмірів теплообмінної поверхні. Тому, вивчаючи теплообмін, основну увагу приділяють визначенню коефіцієнта тепловіддачі.

Тепловіддача при вимушеній конвекції. Інтенсивність теп­ловіддачі при вимушеному русі залежить від характеру самого руху. У випадку розвиненого турбулентного руху в трубах і кана-

лах {Re > 10 000) розрахункове критеріальне рівняння для визна­чення коефіцієнта тепловіддачі має вигляд

(4,24)

Для критеріїв Nu, Re і Рг за визначальну температуру зазвичай

беруть середню температуру рідини, а для критерію - - температуру стінки. За лінійні розміри в критеріях Nu і ке оеруть внутрішній діаметр труби або еквівалентний діаметр каналу. Вплив напряму теплового потоку враховується відношенням .

Тепловіддача при вільній конвекції. Загальна формула для обчислення середнього коефіцієнта тепловіддачі при визначальній температурі, яка дорівнює середній температурі пограничного шару

,

де t — температура теплоносія в ядрі, має вигляд







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 1678. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия