ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Перенос теплоты возможен тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
В технике указанные способы теплообмена редко встречаются в обособленном виде: чаще всего приходится иметь дело
с сочетанием двух или даже всех трёх способов при их последовательном или одновременном действии. Особое место зани-
мает теплообмен, сопровождающийся изменением агрегатного состояния тел, участвующих в этом процессе (испарение
жидкости, конденсация паров). Различают два случая теплообмена: теплоотдачу и теплопередачу. Теплоотдачей называется
процесс теплообмена между твёрдым телом (например, стенкой аппарата) и соприкасающейся с ней жидкостью или газом.
Теплообмен между жидкостями, газами, жидкостью и газом, разделёнными стенкой, называется теплопередачей.
Количество тепла, проходящее через данную поверхность за время τ, называют тепловым потоком, обозначим его через
Q
. Тепловой поток, проходящий в единицу времени через единицу поверхности назовём удельным тепловым потоком.
Сформулируем физические закономерности, определяющие процессы, связанные с распространением тепла.
1. Закон Фурье: количество тепла
dQ
[Дж], переданного посредством теплопроводности через площадь сечением
S
изотермической поверхностью тела за время
τ
d
,
выражается основным уравнением теплопроводности
τλ−= d
dn
dT
SdQ
.
Отрицательный знак в правой части уравнения является следствием падения температуры в направлении переноса теп-
лоты. Коэффициент пропорциональности λ в уравнении называется коэффициентом теплопроводности. Величина λ для раз-
личных веществ сильно разнится, а для одного и того же вещества зависит от температуры, плотности, структуры, влажно-
сти и других факторов.
2. Уравнение Ньютона: тепловой поток
τd
dQ
при конвективном теплообмене пропорционален разности температур
(
)
T
−
θ
, площади поверхности
S
твердого тела и соприкасающейся с ним среде:
( )
ST
d
dQ
−θα=
τ
,
где
T,
θ
– температура поверхности твердого тела и потока соответственно; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м
2
·К).
Коэффициент теплоотдачи α выражает количество теплоты, отданного единицей поверхности (
S
= 1 м
2
) в единицу вре-
мени (τ = 1 с) при разности температур
(
)
T
−
θ
. Заметим, что α не является постоянной величиной, а зависит от многих пара-
метров.
3. Количество теплоты, которое необходимо сообщить однородному телу, чтобы повысить его температуру на величи-
ну
T
∆
равно
TVcTmcQ
pp
∆ρ=∆=
,
где
с
р
–
удельная теплоемкость, Дж/кг·К;
m
– масса тела, кг; ρ – плотность тела, кг/м
3
;
V
– объем тела, м
3
.
4. Внутри потока может возникать или поглощаться теплота. Выделение теплоты может быть описано плотностью те-
пловых потоков
(
)
τ,,, zyxF
в точке
(
)
zyx ,,
в момент времени τ. В результате действия этих источников за промежуток
времени
(
)
τ∆+ττ,
выделится количество теплоты
τ
τ
=
dxdydzdzyxFdQ ),,,(
,
или в интегральной форме:
∫ ∫∫∫
τ
τ
ττ=
2
1
),,,( dxdydzdzyxFQ
X Y Z
,
где
−
ZYX ,,
области изменения независимых пространственных переменных
z
y
x
,
,
.
Процессы теплообмена осуществляют в теплообменных аппаратах (теплообменниках). По назначению теплообменные
аппараты бывают подогревателями, холодильниками, испарителями, конденсаторами, дистилляторами, сублиматорами, пла-
вителями и т.п.
По способу передачи теплоты различают теплообменники поверхностные и смесительные. В первом случае передача
тепла происходит через разделяющие твердые стенки, во втором – непосредственный контакт (смешение) нагретых и холод-
ных сред (жидкостей, газов, твердых веществ).
Пример 2.2
. Рассмотрим вывод уравнений ММ процесса нагрева потока жидкости конденсирующимся паром, осущест-
вляемого в рекуперативном теплообменнике (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Схема процесса теплообмена через разделяющую
перегородку в рекуперативном теплообменнике
Тепло(хладо)агент
Нагреваемый
(охлаждаемый) поток
Разделяющая
перегородка
Выход
Выход Вход
Вход
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- …
- следующая ›
- последняя »
