- •Міністерство освіти і науки україни національна металургійна академія україни
- •Б.Б. Потапов тепломассообмен Днепропетровск нМетАу 2009
- •Раздел 1. Введение в теорию теплообмена
- •1.1. Способы и механизмы переноса теплоты
- •Перенос теплоты теплопроводностью
- •1.1.2. Перенос теплоты конвекцией
- •1.1.3. Излучение
- •1.2. Основные понятия и определения
- •1.3. Основные законы переноса теплоты.
- •1.3.1. Теплопроводность
- •1.3.2. Конвективный теплообмен
- •1.3.3. Лучистый теплообмен
- •1.3.4. Теплопередача
- •Раздел 2. Теплопроводность
- •2.1. Общие положения теории теплопроводности
- •2.1.1. Теплопроводность веществ
- •2.1.2. Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье и условия однозначности
- •2.2. Теплопроводность и теплопередача при стационарном режиме
- •2.2.1. Теплопроводность и теплопередача через плоскую стенку
- •2.2.2. Влияние переменности на распределение температуры в пластине
- •2.2.3. Теплопроводность и теплопередача в цилиндрической стенке
- •2.2.4. Критический диаметр цилиндрической стенки
- •2.2.5. Теплопередача через стенки произвольной формы
- •2.2.6. Пути интенсификации теплопередачи
- •2.3. Теплопроводность при нестационарном режиме
- •2.3.1. Решение задач нестационарной теплопроводности методом разделения переменных
- •2.3.2. Исследование решения уравнения теплопроводности при условии
- •2.3.3. Исследование решения дифференциального уравнения теплопроводности при
- •2.3.4. Метод расчета нагрева(охлаждения) тел по графикам
- •2.3.5. Охлаждение тел конечных размеров.
- •Конечной длины
- •В уравнении множители правой части находятся по формулам или графикам, причем в качестве определяющих линейных размеров берется половина высоты цилиндра Rz и радиус цилиндра r0.
- •2.3.6. Численные методы решения задач теплопроводности
- •Решение дифференциального уравнений теплопроводности мкр для граничных условий II рода.
- •2.3.7. Приближенные методы решения задач теплопроводности
- •Метод тепловой диаграммы. В основу метода тепловой диаграммы положено уравнение теплового баланса для всего нагреваемого тела.
- •Раздел 3. Конвективный теплообмен
- •3.2. Элементы теории подобия
- •3.2.1. Числа гидродинамического подобия
- •3.3. Теплообмен при естественной конвекции
- •3.3.1. Аналитическое решение задачи теплообмена при свободном ламинарном движнии вдоль вертикальной пластины
- •3.3.2. Теплообмен при свободной конвекции в большом объеме
- •3.3.3.Теплообмен при свободном движении в ограниченном пространстве
- •3.4. Вынужденная конвекция при течении жидкости в трубах и каналах
- •3.4.1. Теплоотдача при ламинарном режиме течения
- •3.4.2. Теплоотдача при турбулентном режиме течения
- •3.4.3. Теплоотдача при переходном режиме движения жидкости
- •3.4.4. Теплоотдача при течении жидкости в изогнутых трубах
- •3.4.5. Теплообмен при продольном омывании труб
- •Теплообмен при поперечном обтекании труб
- •3.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучков труб
- •3.7. Теплообмен при обтекании плоской поверхности
- •3.8. Теплообмен при кипении
- •3.8.2. Закономерности зарождения, роста, отрыва и движения паровых пузырей
- •3.8.3. Кривая кипения
- •3.8.4. Кипение жидкости в большом объеме
- •3.8.5. Кризисы кипения
- •3.8.6. Пузырьковое кипение при вынужденной конвекции
- •3.8.7. Теплообмен при плёночном режиме кипения
- •3.9. Теплообмен при конденсации пара
- •3.9.1. Характеристика процесса конденсации
- •3.9.2.Основные уравнения подобия и расчетные формулы
- •3.9.3. Влияние на теплоотдачу при конденсации различных факторов
- •4.Теплообмен излучением
- •4.1. Общие положения лучистого теплообмена
- •4.1.1. Описание процесса
- •4.1.2. Определение основных понятий
- •4.1.3. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность тела
- •4.1.4 Эффективное и результирующее излучение
- •4.1.5. Основные законы теплового излучения
- •4.2. Угловые коэффициенты и методы их определения
- •4.3. Лучистый теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой
- •4.3.1. Теплообмен обособленного тела с окружающей средой
- •4.3.2. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями, образующих замкнутую систему
- •4.3.3. Теплообмен излучением при наличии экрана
- •4.3.4. Лучистый теплообмен между “n” поверхностями, образующими замкнутую систему
- •4.4. Теплообмен излучением в поглощающей газовой среде
- •4.4.1. Особенности поглощающих и излучающих сред
- •4.4.2. Лучистый теплообмен между газом и оболочкой
- •4.4.3. Теплообмен излучением между двумя поверхностями, разделенными поглощающим газом
- •4.5. Особенности теплообмена излучением в металлургических печах
- •4.6. Радиационно-конвективный теплообмен и теплопередача
- •Раздел 5. Теплообменные аппараты
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Основы теплового расчета рекуперативных теплообменников
- •5.2.1. Уравнение теплового баланса рекуператора
- •5.2.2. Уравнение передачи теплоты в рекуперативном теплообменнике
- •5.2.3. Определение средней разности температур между греющим и нагреваемым теплоносителями
- •5.2.4. Конечные температуры теплоносителей
- •5.3. Основы теплового расчета регенераторов
4.6. Радиационно-конвективный теплообмен и теплопередача
Разделение сложного процесса на элементарные составляющие носит методический характер. Сочетание простых процессов (теплопроводность, теплоотдача, излучение) образует сложные процессы.
По направленности сочетающиеся процессы могут носить последовательный ил параллельный характер.
Сложный вид передачи тепла в результате параллельного и одновременного протекания процессов теплоотдачи и излучения называют - радиационно-конвективный теплообмен.
Сложный вид передачи тепла одной жидкости к другой через разделяющую твердую стенку – называют теплопередачей (последовательное протекание процессов теплоотдачи и теплопроводности).
Результат совместного действия простых процессов переноса теплоты (конвекция, излучение и теплопроводность), как правило, приписывается одному из них, который считается главным. Влияние остальных явлений учитывается количественно коэффициентом пропорциональности.
Если в качестве главного принята теплоотдача то, можно записать:
,
где - плотность потока теплоты в результате совместного действия теплоотдачи и излучения; - суммарный (общий) коэффициент теплоотдачи.
Выражение для расчета значения можно вывести из уравнения:
,
где - поток теплоты теплоотдачи, - поток переноса излучением.
или
, (4.51)
где - температурный коэффициент.
Последнее уравнение представим в виде:
,
тогда получим
.
Если в качестве главного принять перенос теплоты излучением, получим следующее выражение для расчета степени черноты, учитывающей конвективную составляющую переноса теплоты:
или
,где . (4.52)
Раздел 5. Теплообменные аппараты
5.1. Общие положения
Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. По принципу работы теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
Рекуперативный теплообменник это устройство, в которое одновременно подаются горячая и холодная жидкости (газы), отделенные друг от друга непроницаемой стенкой. Эти жидкости называются теплоносителями. Теплообмен между горячим и холодным теплоносителем происходит через разделяющую их стенку. В результате горячая жидкость охлаждается, а холодная нагревается. Схема рекуперативного теплообменника показана на рис. 5.1.
Регенеративный теплообменник это устройство представляющее собой камеру, заполненную огнеупорным материалом с каналами для прохода газа. Вначале через насадку пропускают горячие газы, которые передают теплоту насадке. Затем подачу горячих газов прекращают и через нагретую насадку пропускают холодный газ, который отбирает теплоту у насадки, нагревается, а насадка при этом охлаждается. После этого цикл работы регенератора повторяется. Таким образом, цикл работы регенератора состоит из двух периодов – горячего и холодного.
а) б)
Рис. 5.2. Схема регенеративного (а) и рекуперативного (б) теплообменника
Регенеративный теплообменник является аппаратом периодического действия, а рекуперативный – аппаратом непрерывного действия. Огнеупорная насадка в регенераторе исполняет роль посредника при передаче теплоты от горячего к холодному теплоносителю. Для того, чтобы обеспечить непрерывную подачу нагретого теплоносителя в технологический агрегат, необходимо, чтобы в работе находилось, как минимум, два регенератора. Схема регенеративного теплообменника показана на рис. 5.2.
Смесительный теплообменник это устройство, в котором теплота от горячего теплоносителя к холодному передается при их непосредственном
контакте. Схема смесительного теплообменника показана на рис. 5.3.
Для облегчения изучения теплообменников введена классификация, составленная на основе учета общих признаков, выделяющих группу объектов из множества.
Рис. 5 3. Схема смесительного теплообменника
1. П о т е х н о л о г и ч е с к о м у н а з н а ч е н и ю
По этому признаку теплообменники подразделяются на подогреватели, испарители, холодильники и конденсаторы.
2. П о р о д у ж и д к о с т и
Теплоносителями могут служить газы, жидкости, пар, расплавы металлов и солей. Возможны различные сочетания родов жидкости, например вода-вода, вода- воздух, продукты сгорания - воздух, продукты сгорания - вода, пар-вода и прочие.
-
По относительному направлению движения
теплоносителей (схемы движения теплоносителей)
По этому признаку теплообменники подразделяются на прямоточные (оба теплоносителя движутся в одном направлении), противоточные (теплоносители движутся параллельно навстречу друг другу), перекрестно-точные (направления движения теплоносителей перпендикулярны друг другу) и сложные схемы относительного движения теплоносителей (перекрестно-прямоточная, перекрестно-противоточная, многоходовая).
-
По конфигурации поверхности теплообмена
Различают трубчатые, змеевиковые и прочие конфигурации поверхности теплообмена.
4. По различию в компоновке
В практике применяют модульные, корпусные, погружные теплообменники.
Различают два вида теплового расчета теплообменников: проектный и поверочный. Целью проектного расчета является определение необходимой поверхности нагрева и конструктивных размеров теплообменника при заданных начальных и конечных температурах теплоносителей и заданного количества переданной теплоты. Целью поверочного расчета является определение конечных температур теплоносителей и количества переданной теплоты при заданных начальных параметрах теплоносителей и поверхности теплообмена.
В основе теплового расчета теплообменников лежит совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи.