Теплоотдача

Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей в трубах и каналах. Обычно в теплообменных аппаратах один из теплоносителей движется по трубам, с помощью которых чаще всего в технике формируется поверхность теплопередачи. Поэтому для расчета и рациональной эксплуатации теплообменной аппаратуры важно знание основных закономерностей переноса теплоты при движении теплоносителя в трубах.

При ламинарном движении теплоносителя и равномерном распределении скорости и температуры на начальном участке трубы у поверхности стенки образуются пограничные слои толщиной δ_г, (гидродинамический) и δ_т, (тепловой) (рис. 3, а). Толщина этих слоев по мере удаления от входа увеличивается, и на некотором расстоянии, называемом длиной участка гидродинамической (l_г) и тепловой (l_т) стабилизации, они смыкаются. При этом коэффициент теплоотдачи изменяется от максимального значения на входе до практически неизменного после смыкания пограничных слоев (рис. 3,б). Явление резкого увеличения скорости переноса субстанции (в данном случае - теплоты) при входе потока в аппарат получило название «входной эффект». Очевидно, что для создания условий повышенных значений коэффициентов теплоотдачи целесообразно формировать теплообменники с длиной труб, незначительно превышающей l_т.

Рис. 3. Формирование полей скоростей w, температур t (а) и изменение коэффициента теплоотдачи a (б) на начальном участке труб при ламинарном движении теплоносителя.

Теплоотдача при естественной конвекции.Этот вид теплоотдачи возникает при движении теплоносителя за счет разности плотностей в различных точках его объема: более нагретые макрообъемы среды, имеющие меньшую плотность, поднимаются вверх, а более холодные опускаются вниз и затем, нагревшись, также перемещаются вверх. Таким образом, возникают конвекционные токи теплоносителя. В этом случае теплоотдача должна зависеть от формы и размеров поверхности нагрева или охлаждения, температуры этой поверхности, физических свойств теплоносителя. Очевидно, что при естественной конвекции скорость движения теплоносителя может быть выражена как функция этих факторов.