Основное уравнение теплопередачи

Для расчёта теплообменных аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемого основным уравнением теплопередачи: Q = KF∆t_срτ, где К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость передачи 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 = KF∆t_ср.

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

F = Q/ (K∆t_срτ)

Наибольшую трудность вызывает расчёт коэффициента теплопередачи К, характеризующего скорость процесса теплопередачи с участием всех трёх видов переноса тепла. Физический смысл коэффициента теплопередачи вытекает из уравнения ( ); его размерность:

[K] =

следовательно, коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передаётся 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.