1.1. Теплопроводность
Отличительной особенностью теплопроводности является то, что перенос тепла от одной части тела к другой или от одного тела к другому, находящемуся с ним в непосредственном соприкосновении, происходит без заметного перемещения самих частиц тела в направлении теплового потока.
Основное уравнение переноса тепла теплопроводностью – закон Фурье:
,
где
– скорость переноса тепла, или тепловой
поток, то есть количество тепла,
передаваемое в единицу времени; F
– площадь сечения, нормальная к
направлению теплового потока;
– изменение температуры в зависимости
от расстояния по направлению оси x
(направление, обратное потоку тепла);
–
коэффициент теплопроводности (величина,
зависящая от вида материала, через
который проходит тепло, и от температуры)
[1].
1.2. Конвекция
Под конвекцией понимают перенос тепла из одной точки в другую внутри жидкости или газа путём смешения отдельных потоков жидкости (газа) в результате их движения. Различают естественную конвекцию, при которой движение потоков жидкости (газа) является следствием разности плотностей, обусловленной неодинаковостью температур, и принудительную конвекцию, при которой движение вызывается механическими средствами. Если скорость принудительной конвекции относительно невелика, то следует учитывать также влияние естественной конвекции на скорость теплообмена [1].
Обобщённое уравнение конвективного теплообмена можно представить в виде:
,
где Q – количество тепла; t – температура жидкости (газа); tст. – температура поверхности стенки, через которую происходит теплообмен; F – площадь поверхности теплообмена; – время; – коэффициент теплоотдачи (величина, учитывающая гидродинамику потока теплоносителя и термические сопротивления на участках между стенкой и ядром потока) [1].
1.3. Лучеиспускание
Лучеиспусканием называют процесс переноса тепла от одного тела к другому (не находящемуся с ним в непосредственном контакте) путём распространения электромагнитных волн в пространстве между этими телами.
Теплота излучения абсолютно чёрного тела определяется законом Стефана – Больцмана:
,
где W – количество энергии, излучаемой за единицу времени с единицы поверхности тела; T – абсолютная температура; – константа Стефана – Бо-льцмана.
2. Основные конструкции и параметры теплообменных аппаратов
2.1. Теплообменники типа «труба в трубе»
При небольших тепловых нагрузках, когда требуемая поверхность теплообмена не превышает 20 – 30 м2, целесообразно применение теплообменников типа «труба в трубе». Представляют собой несколько соединенных между собой секций, каждая из которых состоит из цилиндрического кожуха и расположенной в нём одной теплообменной трубы. Полость между теплообменной трубой и кожухом образует межтрубное пространство. По конструкции такие теплообменники могут быть разборные и неразборные, иметь один или несколько (обычно чётное число) ходов [2].
2.3.Кожухотрубчатые теплообменники
Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространённый тип теплообменной аппаратуры. Они могут использоваться в качестве холодильников, конденсаторов и испарителей. По конструкции такие теплообменники представляют собой полую ёмкость цилиндрической формы, называемой кожухом, внутри которой расположен пучок от нескольких десятков до нескольких тысяч труб, называемых теплообменными трубами. Трубы своими концами герметично закреплены в основаниях, называемых трубными решётками и образуют, таким образом, трубное пространство теплообменника. Остальное пространство теплообменника называют межтрубным. Горячий и холодный теплоносители подаются, соответственно, в межтрубное и трубное пространства, прямотоком или противотоком. Теплообмен происходит через стенки теплообменных труб. Такие теплообменники могут быть одно-, двух-, четырёх- и шестиходовыми, устанавливаться горизонтально или вертикально. Поверхность теплообмена их может быть до 1000 м2 [2].
