Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Основное уравнение теплопередачи. Пути интенсификации теплообмена.



Лекция №8. Тепловые процессы

План:

1. Основные понятия и определения. Способы переноса теплоты.

2. Тепловой баланс.

3. Основное уравнение теплопередачи. Пути интенсификации теплообмена.

4. Средний температурный напор.

5. Определение коэффициентов теплоотдачи. Критерии теплового подобия.

6. Устройство и основы расчета теплообменных аппаратов.

Основные понятия и определения. Способы переноса теплоты.

Тепловые процессы описываются теорией теплообмена.

Теплообмен – процесс переноса теплоты между телами имеющими различную температуру.

Движущей силой тепловых процессов является разность температур.

Тела, которые участвуют в процессе теплообмена, называют теплоносителями. Тело с более высокой температурой называют горячим теплоносителем, а с меньшей холодным теплоносителем.

В природе существует три способа переноса теплоты:

1-теплопроводность

2-конвекция

3-тепловое излучение.

Теплопроводностью называют процесс переноса теплоты за счет теплового беспорядочного движения микрочастиц, этот перенос происходит внутри твердых тел.

Конвекция – процесс переноса теплоты за счет движения и перемешивания достаточно крупных объемов газа или жидкости. Выделяют свободную и вынужденную конвекцию.

Движущей силой свободной конвекции является разность плотностей, которая вызвана, разностью температур.

Тепловое излучение – процесс переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую, которая проходит через пространство, и затем сново превращается в тепловую при поглащении ее другим телом.

Согласно закона Стефана-Больцмана:

(1)

Т.е. количество теплоты излучаемое в единицу времени телом , Вт., пропорционально поверхности излучающего тела ,м. и абсолютной температуре этого тела в четвертой степени. В формуле С-коэффициент пропорциональности (лучеиспускания)

(2)

где Вт/м2 К4 – коэффициент лучеспускания абсолютно черного тела, - степень черноты тела (табличное значение).

По закону Кирхгофа поглащающая способность и степень черноты равны между собой.

Тогда количество тепла, отданого телом с абсолютной температурой Т1 окружающим его более холодным телам с температурой Т2, находится как

(3)

где

- приведеная степень черноты системы

F – условная расчетная поверхность теплообмена, м2.

Перечисленные виды передачи теплоты редко встречаются в чистом виде. В промышленности, как правило, теплота переносится комбинированным путем.

В промышленной практики основными являются следующие способы передачи теплоты:

-теплоотдача

-теплопередача

Теплоотдача – процесс переноса теплоты от жидкости к стенке и наоборот.

Теплопередача – процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку.

 

Тепловой баланс.

В пищевой промышленности применяют два типа теплообменников:

-поверхностные (теплота от холодного теплообменника к горячему передается через разделяющую их стенку): кожухотрубные, пластинчатые, змеевиковые, спиралные и др. теплоообменники.

-смешения (горячий и холодный теплоносители перемешиваются друг сдругом)

Рассмотрим тепловой баланс теплообменника типа труба в трубе:

 

 

Примем допущение, что 1-это горячий теплоноситель, тогда поток теплоты передается от 1 теплоносителя к 2.

Поток переданной теплоты будет равен

, Вт (1)

(2)

где - энтальпия теплоносителей Дж/кг

Энтальпия зависит от температуры и давления теплоносителя, и является табличной величиной также ее можно рассчитать, как произведение удельной теплоемкости жидкости с, Дж/кг град. на температуру в оС.

(3)

Таким образом зная колличество жидкости (массовый расход кг/с), которое необходимо нагреть, можно найти расход горячего теплоносителя.

(4)

Как правило, в пищевой промышленности горячим теплоносителем является пар, т.к. он обладает очень большой теплоемкостью и при его конденсации выделяется огромное кол-во энергии. И ищут расход именно пара.

Различают влажный, насыщенный и перегретый пар

Для этого вводят понятие степень сухости - (5)

При пар называют влажным

пар насыщенный(см. рисунок)

Если пар на линии насыщения еще больше нагрет, он будет называться перегретым.

В таблицах даны значения энтальпии воды и пара на линии насыщения при различных температуре и давлении. Для расчета энтальпии влажного пара применяют зависимость:

(6)

Весьма удобно пользоваться диаграммами влажного пара.

Максимальное количество энергии насыщенный пар отдает при своей полной конденсации, в таком случае уравнение теплового баланса принимает вид

(7)

где - расход пара, кг/с

- удельная теплота паробразования

- энтальпия насыщенного пара и воды на линии насыщения, Дж/кг

 

Основное уравнение теплопередачи. Пути интенсификации теплообмена.

Теплопередача – процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку.

tЖ2
tЖ1
,Вт (1) – основное уравнение теплопередачи

где:

- коэф. теплопередачи, Вт/м2 К

- площадь поверхности теплопередачи, м2

- средний температурный напор, К.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое кол-во теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 секунду через 1м2 поверхности стенки при среднем температурном напоре в 1оК.

Для плоской стенки коэф. теплопередачи равен:

(2)

где:

-коэф. теплоотдачи, Вт/м2 К

-коэф. теплопроводности стенки, Вт/м К

-суммарное термическое сопротивление загрязнений, м2 К/Вт

- толщина стенки, м.

(3)

Уравнение (2) не подходит для расчета теплопередачи через цилиндрическую стенку. В таком случае пользуются следующими зависимостями:

(4)

(5)

- средний диаметр стенки, м (6)

Площадь цилиндрической поверхности стенки также рассчитывают по среднему диаметру.

Пути интенсификации теплообмена: (они видны из ур. (2) и (1))

1-увеличение скорости движения теплоносителей (это даст увеличение коэф. теплоотдачи )

2-обеспечение отвода воздуха и несконденсировавшихся паров из теплообменников (также увеличивает )

3-уменьшение термического сопротивления стенок и загрязнений

4-увеличение средней разности температур, более предпочтительно противоточное движение теплоносителей

5-использовать оребрение (увеличивает теплопередающую поверхность)

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.