Численные значения коэффициента теплоотдачи

Для представления о порядках величины а в некоторых распространенных процессах приводим ориентировочные пределы их значений в промышленных теплообменных устройствах в таблице 4.1.

Таблица 4.1-Пределы численных значений коэффициентов теплоотдачи

При нагревании и охлаждении	Вт/ м2 град
Воздух	1,16...58
Нагретый пар	23,2...116
Масло	58 ... 1740
Вода	232 ...11600
При кипении воды	580... 52200
При пленочной конденсации паров	4640 ...17400
При конденсации паров органических веществ	580 ...2320

Сложная теплоотдача

Типичным примером сложной теплоотдачи являются потери тепла стенками аппарата в окружающую среду.

Количество Q_л , отдаваемого стенкой только путем теплового излучения, в общем виде представляется формулой:

(4.42)

При φ=1, τ=1 и учитывая, что С_1-2=С₀ =5,67

получаем (4.43)

Умножив и разделив правую часть уравнения на t_cm —t_ж , приведем его к виду

Q_Л=a_ЛF(t_cm —t_ж)

где (4.44)

Величина а _л представляет собой коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, который показывает, какое количество тепла (в Дж)отдает окружающей среде посредством теплового излучения стенка 1 м² за 1с при разности температур между стенкой и средой 1 градус.

Суммарная отдача тепла стенкой путем конвекции Q_Н и теплового излучения Q _л определяется следующим образом:

Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду аппараты и трубопроводы покрывают тепловой изоляцией.

4.4. Теплопередача Теплопередача при постоянных температурах теплоносителя

Определим количество теплоты, которое передается в единицу времени от более нагретой среды с t₁ к менее нагретой среде t₂ через разделяющую их стенку. Процесс теплообмена установившийся (см. рисунок 4.11). Для него справедливо следующее:

Рисунок 4.11 - К выводу уравнения теплопередачи через плоскую стенку

Полученные выражения могут быть представлены в виде:

Сложив эти уравнения, получим:

(4.46)

При τ =1 множитель

Тогда

Q=KF(t_i-t₂)=KF∆t,

Аналогично для цилиндрической стенки получаем:

(4.47)

При определении К_Ц необходимо учитывать, с какой стороны цилиндра, проходит теплоноситель. Пример расчёта кожухотрубчатого теплообменника приведен в приложении В.

Теплопередача при переменных температурах теплоносителя

Процессы теплопередачи при постоянных температурах (как в случае плоской, так и цилиндрической стенок) распространены очень мало. Наиболее часто теплопередача протекает при переменных температурах теплоносителей.

Температуры теплоносителей обычно изменяются вдоль поверхности F разделяющей их стенки. При этом температуры теплоносителей могут оставаться постоянными во времени и выражаться зависимостью t=f(F), что характеризует установившиеся процессы теплообмена.

При неустановившихся процессах теплообмена возможны два случая:

температуры в каждой точке поверхности стенки изменяются только во времени, тогда t = φ(τ), такой случай возможен, например, при обогреве хорошо перемешиваемой жидкости через стенку насыщенным водяным паром, температуры теплоносителей изменяются и во времени и вдоль поверхности теплообмена t = φ^l(τ, F).

Теплопередача при переменных температурах зависит от направления движения теплоносителей. Возможны следующие варианты направления движения жидкостей друг относительно друга вдоль разделяющей их стенки:

1. параллельный ток, или прямоток (см. рисунок 4.12,а);

2. противоток (см. рисунок 4.12,6);

3. перекрестный ток (см. рисунок 4.12,в);

4. смешанный ток (простой (см. рисунок 4.12,г) и многократный (см. рисунок 4.12,д)).

Движущая сила процессов теплопередачи при переменных температурах изменяется в зависимости от вида взаимного направления движения теплоносителей. Поэтому выражение средней движущей силы (∆_ср ) в общем уравнении теплопередачи также будет зависеть от относительного направления движения теплоносителей и характера организации процесса теплопередачи (непрерывный или периодический).