Основные закономерности теплообмена

Основные закономерности теплообмена

Тепловые процессы в химической технологии имеют как самостоя-тельное значение при сушке, выпаривании, нагревании, охлаждении

и т. д., так и сопровождают химические и массообменные процессы [1, 8]. На рис. 2.1 приведены примеры теплообменных аппаратов.

Теплообмен обусловлен стремлением системы к тепловому равно-весию. Связь между градиентом температуры и молекулярным потоком теплоты (qT, Вт/м2) определена законом теплопроводности Фурье [7]

qT =- l ×gradT ,

где l – коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м×К).

При движении в жидкостях и газах происходит конвективный пе-ренос энергии веществом:

q k = r × I × u,

где u – скорость движения среды, м/с; r – плотность вещества, кг/м3; I – энтальпия, Дж/кг.



а б

Рис. 2.1. Теплообменные аппараты:

а – пластинчатый; б – кожухотрубный

При конвективном теплообмене плотность теплового потока q оп-ределяется суммой молекулярной и конвективной составляющих:

q = qT + q k = - l ×gradT + r × I × u .

Для упрощения расчета переноса теплоты между поверхностью твердого тела и движущейся сплошной средой используют закон тепло-отдачи Ньютона-Рихмана

Q = a ×( Tc- Tср)× F,

где a – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2×К); F – поверхность теплооб-мена, м2; Тс – температура стенки, К; Тср – температура среды, К.

Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости движения жидко-сти, ее плотности и вязкости, от тепловых свойств жидкости ( удельной теплоемкости, теплопроводности), от формы и определяющих размеров стенки и других факторов.

Теплоотдача определяется не только тепловыми, но и гидродина-мическими условиями. Поэтому конвективный теплообмен описывается дифференциальным уравнением Фурье-Кирхгофа [7]

Т T T T æ ö
+ u + u + u = a ×ç T + T + T ÷ ,
t x x y y z z
è ¶ x ¶ y ¶ z ø

где a = l / Cp × r – коэффициент температуропроводности, м2/с; t – вре-мя, с; Ср – теплоемкость, Дж/кг К.

Количество тепла, передаваемое от нагретого теплоносителя к хо-лодному, определяется основным уравнением теплопередачи [8, 10]

Q = КТ × F × DT ,


где КТ – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×°С); ∆Т– средняя разность температур между теплоносителями.

При теплопередаче через стенку толщиной dс коэффициент тепло-передачи можно рассчитать с помощью уравнения аддитивности терми-ческих сопротивлений на пути теплового потока

1 = 1 + dс + r31 + r32 + 1 ,

KТa1 lсa2

где a1 и a2 – коэффициенты теплоотдачи от жидкости к стенке и от стенки к другой жидкости соответственно, Вт/(м2×К); lс – теплопровод-ность материала стенки, Вт/(м×К); rЗ1 и rЗ2 – термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки, м2×К/Вт.

Это уравнение справедливо для передачи тепла через плоскую или цилиндрическую стенку при условии, что RH RB <2( Rни Rв–наруж-

ный и внутренний радиусы цилиндра соответственно).

tei.deutsch-service.ru referatuth.nugaspb.ru refalrz.ostref.ru refapqc.ostref.ru Главная Страница