При непосредственном соприкосновении теплоносителей теплопередача включает в себя теплоотдачу в одном теплоносителе и теплоотдачу во втором теплоносителе.общую интенсивность процесса хар-ют основным уравнением теплоотдачи:dQ=K(t1-t2)dFdτ.
Согл. данному уравнению счит.,что количество тепла, передаваемое от горячего к холодному теплоносителю, пропорционально пов-ти их взаимод.,времени переноса тепла и разности температур.
Для условий стационарного теплообмена ур-ие можно представить (Q-тепловой поток):(Вт/ К)
Q=K(t1-t2)F.К-(коэффициент теплопередачи) явл-ся обобщающим интегральным кинетическим коэффициентом.K=f(α1,(1/rст)-термическая проводимость стенки,α2),(x,y,z)).В общем случае:K=/F.
Q=KF(t1-t2)ср=KF∆tср
∆t=
Между 2-мя теплоносителями, разделёнными плоской твердой стенкой с толщинойδ,материал которой имеет теплопроводность-λ, в стационарных условиях протекает теплообмен. Принимают упрощения: температуру теплоносителей вдоль стенки принимают пост.,t1-темпер. горячего теплоносителя;t2-холодного. Коэффициенты теплоотдачи α1-горячего,α2-холодного постоянны по величине вдоль всей поверхности. Для условия стационарного теплообмена- Q1=Qст=Q2=Q.
Q1-тепловой поток от горячего теплоносителя к стенке; Qст-к стенке; Q2- тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю. Все Q можно вычислить используя ур-ие теплоотдачи, а Qст- ур-ие теплопроводности толстой стенки. Q=α1(t1-tст1)F-горячий теплоноситель; Q=λ/δ(tст1-tст2)F-тепловой поток через стенку; Q=α2(tст2-t2)F-для холодного. Q(1/α1+ λ/δ+1/α2)=(t1-t2)
Тепловой поток для данного случая можно описать уравнением теплопередачи: Q*1/K=(t1-t2)F,
Преобразуя ур-ия получим: 1/K=1/α+ λ/δ+1/α2,где 1/K- общее термическое сопротивление; λ/δ- термическое сопротивление стенки; 1/α1- терм. сопр. в гор. теплоносителе; 1/α2- в холодн. В общем случае в мат-ах,загрязненных, коэф-ты теплопроводности намного меньше, чем у самой стенки и не учитывать их нельзя. При практических расчетах λ/δ=–суммарное термическое сопротивление стенки и загрязн. на её пов-ти. =rз1+ λ/δ +rз2,где rз1-терм. сопр. загрязнен. слоя со стор. горяч. теплоносителя; rз2-… холодного теплоносителя. Данные вел-ны можно рассчитать через толщину. Род загрязнений зависит от природы теплоносителя,от его качества. Толщина слоя зависит от режимов эксплуатации аппаратов,от частоты чистки аппарата . Коэф-т теплопередачи для плоской стенки: K=1/(1/α1++1/α2). Для цилиндрической стенки (отнесенный к единице длинны):Kн=π/(1/αвн*dн/dвн+dн/2λ*+1/αн*1/ dн); Kн-Вт/мК.
Если dн/dвн<=1.3 можно испол. ур-ие плоской стенки. Если термическое сопротивление наибольшее,то следует интенсифицировать теплоотдачу в горяч. теплоносителе и наоборот. Одним из способов интенсификации теплообмена со стороны лимитир. теплоносителя явл-ся развитие пов-ти со стороны лимитир. Теплоносителя(оребрение пов-ти). Kf=fоребр/f. В таком случае K=1/(1/ Kf*α1++1/α2).
12. Понятие средней движущей силы процесса теплопередачи:
Случаи, когда учитывается постоянная температура теплоносителя при его перемещении вдоль поверхности теплопередачи, в реальных условиях встречаются редко. Напр, в процессе выпаривания, когда с одной стороны стенки кипит раствор, а с другой – конденситуется водяной пар. Наиболее часто встречаются случаи, в которых процесс теплопередачи осуществляется с изменением температуры теплоносителей вдоль поверхности теплопередачи. Это очевидно, т.к. нагревающий агент на входе должен иметь большую температуру, чем на выходе из теплообменника, т.к. он отдает свое тепло и, наоборот, охлаждающий агент имеет температуру на входе ниже, чем на выходе, т.к. он принимает тепло от стенки. Температура теплоносителя при ее изменении вдоль поверхности зависит от взаимного направления движения теплоносителей: прямоток, противоток, перекрестный ток, смешанный ток. В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей меняется и величина движущей силы процесса теплопередачи -. В связи с этим в основное уравнение теплопередачи вводится понятие средней движущей силы - ср. Это связано с тем, что движущая сила непрерывно меняется вдоль поверхности теплопередачи.
dt2= dQ/G2c2. Вычтем эти уравнения: d(t1-t2)=-dQ(1/G1c1+1/G2c2)=-dQm. Вместо Q подставим (1): dΔt=-KdFΔtm. Проинтегрируем по F и по t: . После интегрирования получаем: ln Δtк/ Δtн=-kmF (2) Для определения неизвестной m запишем уравнение теплового баланса для всей поверхности теплопередачи F: Q=G1c1(tн1-tк1)=G2c2(tн2-tк2). Выразим m: m=1/G1c1+1/G2c2=
(tн1-tк1)/Q+(tн2-tк2)/Q=(Δtн-Δtк)/Q (3) Подставим в (2): ln Δtк/ Δtн=-k(Δtн-Δtк)/Q*F (4) Выразим Q: Q=-k(Δtн-Δtк)*F/ ln Δtк/ Δtн= k(Δtн-Δtк)*F/ ln Δtн/ Δtк (5)