40.Тепплообмен при естеств-й конвекции.

Естеств. конвекция возник. в рез-те действ. массовых сил-сил тяж. При нагреве жидк. увертик. поверх-ти плот-сть уменьш. и возник. восходящее движ-е. рис.1. Жидк. внижн. части движ-ся у поверх-ти ламинарно. Толщина движущегося слоя увелич. Устойчивость течения уменьш. появл-ся вихри и затем поток становится турбулентным.  имеет max знач-ние на нижн. кромке, с увелич. толщины ламин-го погран-го слоя  , в переход зоне  неск-ко  . В турбул-й зоне  const. Расчет теплоотдачи при 500<= Gr Pr<= 2*10⁷ Nu=0,54(GrPr)^0,25 При GrPr>2*10⁷ Nu=0,135(GrPr)^1/3 'В этих ур-ях теплофиз. хар-ки потока оп-ся по сред. т-ре Nu=h/; Gr=gth³/²; Nu=h/~( Gr= gth³/²)^1/3  независит от h

41. Расчеты тепловой изоляции.

Д/умен-я теплопотерь различ-и энергоуст-ми, ТП, промыш-ми зданиями, их пов-ти теплоизоляц-и, т.е.покрыв-м слоем тепловой изоляции – материалом с 0,25 (основное). Теплоизоляторы- мат-лы, имеющие волокн-ю, пористую, порошкообр-ю стр-ру. Осн-е терм-ое сопр-е оказывает воздух в порах, => уплотнять изоляцию не целесообр-но. В плотном сост-ии основа изоляции имеет ~1 Вт/м*К. Сама основа преп-т обр-ю у пов-ти естеств-ой конвекции, передачи теплоты излучением и удерж-т воздух. Добавляя связующие мат-лы пол-т теплоиз-ые плиты, оболочки, кирпичи. Широкое исп-ие получили пенопласт, пенополиуритан, керамзит. Расчет тепл-й изоляции осущ-т: q=(tc₁-tc₂)/(1/₁+/+изол/изол+1/₂), q – плот-ть тепл-го потока. q в ф-ле зад-ся по нормативам, выбир-ся изоляц-й материал  и Ур-е реш-ся относ-но . Часто расчет изоляц-и осущ-т с учетом правил ТБ, согласно кот-му t-ра наруж-й пов-ти изоляции не должна превышать 50С. tпов=50С. q=₂(tпов-tc₂) – Ур-е Ньютона-рихмана. Решается отн-но .

40 . Классиф. И типы теплообм. Аппаратов.

К лас-я ,конструктивные особенности.Наибольшее распр-е получили теплооб-и в кот-х происходит передача Q от 1-го теплоносителя к др.Реже исп-ют эл-е теплооб. или реакторы.Их клас-ют:смесительные, рекуперативные,регенеративные.Наиболее простыми по конструкции явл-я теплооб. смешаного типа,в кот-х теплоносители перемешиваются и образуется теплоноситель с промежуточными параметрами,напр-р бойлеры-нагрев воды паром или перемешивается гор. и хол. вода.К теплооб. смеш-го типа относятся технологические установки в кот-х перемешиваются в-ва разного агрегатного сост.Наиболее широко распр-ы на практике рекуперативные теплооб. в кот-х передача Q осущ-ся от 1-го теплонос-я к др. через разделяющую стенку.Для повышения эффект-и работы стенка должна иметь коэф.теплопроводности,поэтому её выполняют из меди,латуни,алюмя,стали. Регенеративные теплооб, передача Q то 1-го теплонос-я к др осущ-ся при помощи 3-го вспомогательного мат-а,кот-й сначала нагревается аккомулирует Q гор-го теплонос-я,а затем охл-ся,отдавая Q хол-у теплонос-ю,при этом:1)необходимо осущ-ять перкл-е напр-ия движения теплонос-я.2)переносить вспомогательные в-ва из обл-и гор-о в обл-ть хол-о.

Рис.1. В качестве вспомо-о в-ва исп-ют мет-е листы,чуг-е шары,керам-е изделия.Прд-ты сгорания проходят ч/з левый геренератор инагр-т его,в это вр-я хол-й воз-х пост-ет в правый рег-ор и нагр-ся,охл-я насадку. По мере охл-я насадки и прогр-а лев-о реген-а,t-ра гор-го воздуха ,прод-ов сгор-я  и необх-о осущ-ить перекл-е движ-я теплонос-я.Достоинства:1 реген-ы выдерживают практически любую t-ру(мет-кие не выдерживают долгой экспл-ии при t-ре 1000с)2 Они могут работать на запылёных г. в то вр-я как в рекуперативных пыль забивает межтрубное простренство и изнашивает трубы(абразивный износ )Недостаток:1)неравномерные t-ры теплонос-ей.2)необходимость перекл. и надо иметь как min 2-ва нагревателя.

РВП-регенеративные врещ-ся подогреватели.

Рис.2.

. Расчет теплообменных аппаратов.

Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Уравнение теплопередачи: Q = k·F·(t₁ – t₂ ) , где Q — тепловой поток, Вт, k - средний коэффициент теплопередачи, Вт/(м²град), F — поверхность теплообмена в аппарате, м², t₁ и t₂ - соответственно температуры горячего и холодного теплоносителей. Уравнение теплового баланса при условии отсутствия тепловых потерь и фазовых переходов: Q = = m₁ ·t₁ = m₂·t₂ , или

Q = V₁ ₁·c_р1·(t^/₁ - t^//₁) = V₂ ₂·c_р2 ·(t^//₂ - t^/₂), (12.16)

г де V₁ ₁, V₂ ₂ - массовые расходы теплоносителей, кг/сек, с c_р1 и c_р2 - средние массовые теплоемкости жидкостей в интервале температур от t^ґ до t^//, t^/₁ и t^//₁ температуры жидкостей при входе в аппарат; t^/₂ и t^//₂ - температуры жидкостей при выходе из аппарата. Величину произведения V··c_р = W, Вт/град называют водяным, или условным, эквивалентом. С учетом последнего уравнение теплового баланса может быть представлено в следующем виде:

(t^/₁ - t^//₁) / (t^//₂ - t^ґ₂) = W₂ / W₁ , (12.17 )

W₂ , W₁ - условные эквиваленты горячей и холодной жидкостей.

При прохождении через теплообменный аппарат рабочих жидкостей изменяются температуры горячих и холодных жидкостей. На изменение температур большое влияние оказывают схема движения жидкостей и величины условных эквивалентов. На рис.12.4 представлены температурные графики для аппаратов с прямотоков, а на рис.12.5 для аппаратов с противотоком. Как видно из рис.12.4 , при прямотоке конечная температура холодного теплоносителя всегда ниже конечной температуры горячего теплоносителя. При противотоке (рис.12.5) конечная температура холодной жидкости может быть значительно выше конечной температуры горячей жидкости. Следовательно, в аппаратах с противотоком можно нагреть холодную среду, при одинаковых начальных условиях, до более высокой температуры, чем в аппаратах с прямотоком. Кроме того, как видно из рисунков, наряду с изменениями температур изменяется также и разность температуря между рабочими жидкостями, или температурный напор t. Величины t и k можно принять постоянными только в пределах элементарной поверхности теплообмена dF. Поэтому уравнение теплопередачи для элемента поверхности теплообмена dF справедливо лишь в дифференциальной форме: Тепловой поток, переданный через всю поверхность F при постоянном среднем коэффициенте теплопередачи k, определяется интегрированием уравнения (12. ): где t_ср - средний логарифмический температурный напор по всей поверхности нагрева. Для случаев, когда коэффициент теплопередачи на отдельных участках поверхности теплообмена значительно изменяется, его усредняют: k_ср = (F₁·k₁ + F₂·k₂ + … + F_n·k_n) / (F₁ + F₂ + … + F_n). Тогда при k_ср = const уравнение (12.9 ) примет вид Q = k_ср t ·dF = k_ср ·t_ср ·F. (12.20) Если температура теплоносителей изменяется по закону прямой линии (рис.12.6, пунктирные линии), то средний температурный напор в аппарате равен разности среднеарифметических величин: t_ср = (t^/₁ + t^//₁)/2 - (t^//₂ + t^/₂)/2 . (12.21) Однако температуры рабочих жидкостей меняются по криволинейному закону. Поэтому уравнение (12.21) будет только приближенным и может применяться при небольших изменениях температуры обеих жидкостей. При криволинейном изменении температуры величину t_ср называют среднелогарифмическим температурным напором и определяется по формулам: для аппаратов с прямотоком t_ср = [(t^/₁ - t^/₂) - (t^//₁ - t^//₂)] / ln[(t^/₁ - t^/₂)/(t^//₁ - t^//₂)] . (12.22)

для аппаратов с противотоком

t_ср = [(t^/₁ - t^//₂) - (t^//₁ - t^/₂)] / ln[(t^/₁ - t^//₂)/(t^//₁ - t^/₂)] . (12.23)

Численные значения t_ср для аппаратов с противотокм при одинаковых условиях всегда больше t_ср для аппаратов с прямотоком, поэтому аппараты с противотокм имеют меньшие размеры.

41 . Повероный расчет теплооб-х аппар-в.

Различают. конструктив. и повероч расчет. 1.Конструктив. Цель:Оп-ть поверх-ть теплоотдачи и все конструктивные размеры. Выполняют если сущ-щий не уд. по своим св-вам, или проще и дешевле изготовить самим, чем покупать готовые. 2.Поверончный.Цель: Оп-ть t-ры теплон-лей на выходе из аппарата. Выполняют в том случае: 1 Когда изменились t-ры или расходы теплоносителей 2 Если необходимо выбрать требуемый теплооб-ки из предлагаемых. Расчеты выпол-ют на основе использ 2-х ур-й. 1)Ур-е теплового баланса Q=G₁Cp₁(t₁^/-t₁^//)= G₂Cp₂(t₂^/-t₂^//) ;[Вт] G-массовый расход теплонос-я [кг/с]; Cp-изобарная теплоемк-ть [Дж/кг*К] t^/,t^//-t-ры носителя на вх и вых - коэф. учитыв-ий теплопотери(зависит от теплоизоляции =1-10%) 1- греющ-й 2- нагреваемый теплоноситель. 2) Ур-е теплоотдачи. Q=KFt; [Вт] K-коэф-т теплопередачи. F-раб поверх-ть теплопередачи. t- сред. t-ный напор м/у теплоносителями t-все время меняется и велич. завис-т от схемы движ-я теплонос-я:1-прямоточная 2-противоточная 3-перекрестн 4-комбинирован-й

рис.2. При прямотоке t₁^//>t₂^// всегда.

При противотоке возможно t₂^//>t₁^// значит что греющ-й теплонос-ль охл-ся до более низких t-р, а нагреваемый нагрев-ся до более высоких. При проектировании теплооб-ков расчитанных по противоточной схеме более компактны с меньшей F. Поэтому противоточная схема явл-ся более предпочтительной.

t=t=(t-tм)/lnt/tм;если t/t2 t=t=(t-tм);погрешность не 4%

схема конструктивного расчёта:1)по ур-ю 1 опред-м Q.2) Q подставляют в ур-е 2 и решают его относительно F и компонуют.Схема поверочного расч 1)из ур-я 1 выражают t-ру на выходе t₁^//=t₁^/-Q/G₁Cp₁; t₂^//= t₂^/-Q/ G₂Cp₂. Неизвестная Q может быть выражена по приближенному ур-ю

Q=(t₁^/-t₁^//)/(1/KF+1/G₁Cp₁2+1/G₂Cp₂2)