- •5. Теплопередача……………………………………………………………………..138
- •I. Техническая термодинамика
- •1. Предмет и метод технической термодинамики
- •2. Основные определения. Термодинамическая система
- •3. Термические параметры состояния
- •3.1. Связь между термическими параметрами (уравнение состояния)
- •5. Термодинамический процесс и его энергетические
- •5.1. Аналитическое выражение для работы и теплоты процесса.
- •5.1.1. Работа изменения объема. Pv-диаграмма
- •5.2. Полезная внешняя (техническая) работа. Энтальпия
- •5.3. Вычисление количества теплоты.
- •5.4. Теплоемкость - основные понятия и определения
- •5.4.1. Теплоёмкости при постоянном объёме и давлении
- •6. Первый закон термодинамики
- •6.1. Термодинамические процессы с идеальным газом.
- •7. Компрессоры
- •7.1. Рабочий процесс поршневого компрессора
- •8. Второй закон термодинамики
- •8.1. Сущность и формулировки второго закона термодинамики
- •8.2. Обратимые и необратимые процессы
- •8.3. Круговые термодинамические процессы или циклы
- •8.4. Термический коэффициент полезного действия
- •8.5. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.
- •8.6. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах
- •9.1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •9.2. Циклы газотурбинных установок
- •9.3. Циклы паротурбинных установок
- •9.3.1. Циклы Карно и Ренкина насыщенного пара.
- •9.3.2. Цикл Ренкина на перегретом паре
- •9.3.3. Общая характеристика холодильных установок
- •10. Водяной пар
- •10.1. Основные понятия и определения
- •10.3. Основные процессы с водяным паром
- •10.4. Определение параметров воды и водяного пара
- •11. Влажный воздух
- •II.Теплопередача.
- •1. Виды теплообмена.
- •2. Теплопроводность
- •2.1. Основной закон теплопроводности
- •2.2. Теплопроводность плоской стенки
- •2.3. Теплопроводность цилиндрической стенки
- •2.4. Теплопроводность шаровой стенки
- •3. Конвективный теплообмен
- •3.1. Уравнение теплоотдачи
- •3.2. Основы теории подобия
- •3.3. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах
- •3.4. Теплообмен при турбулентном движении жидкости в трубах
- •3.5. Теплоотдача при внешнем обтекании пучков труб
- •3.6. Теплоотдача при свободном движении теплоносителя
- •4. Лучистый теплообмен
- •4.1. Основные определения
- •4.2. Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •4.3. Перенос лучистой энергии в поглощающей и излучающей среде
- •5. Теплопередача
- •5.1. Плоская стенка
- •5.2. Цилиндрическая стенка
- •5.3. Интенсификация теплопередачи
- •5.4. Тепловая изоляция
- •6. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов
- •6.1. Типы теплообменных аппаратов
- •6.2. Рекуперативные аппараты
- •6.3. Теплообменные регенеративные и смесительные аппараты
- •III. Основы теории массообмена
- •1. Основные определения и понятия
- •2. Основы массопередачи в системах со свободной
- •2.1. Молекулярная диффузия
- •2.2. Конвекция и массоотдача
- •3. Абсорбция
- •4. Перегонка жидкостей
- •4.1. Простая перегонка
- •5. Жидкая экстракция
- •5.1. Экстрактивная и азеотропная ректификация
- •6. Адсорбция и ионный обмен
- •6.1. Основные промышленные адсорбенты и их свойства
- •6.2. Устройство и принцип действия адсорберов
- •6.3. Десорбция
- •7. Ионный обмен
- •8. Сушка
- •8.1. Основные характеристики сушки
- •8.2. Кинетика процесса сушки
- •9. Кристаллизация
3.1. Уравнение теплоотдачи
Согласно закону Ньютона - Рихмана тепловой поток в процессе теплоотдачи пропорционален площади поверхности теплообмена F и разности температур поверхности tc и жидкости tж:
Q = aF|tc - tж|. (3.2)
где Q – количество переданного тепла, Вт;
tж – температура теплоносителя;
tс – температура стенки;
F – площадь поверхности соприкосновения теплоносителя со стенкой;
- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2*К.
Коэффициент теплоотдачи – это величина, численно равная количеству тепла переданному единицы поверхности в единицу времени при разности температур поверхности и жидкости в 1 градус.
Он зависит от скорости, температуры стенки, температуры жидкости, теплоемкости, плотности, размеров тела, коэффициента теплопроводности, динамической вязкости, формы тела и т.д.
Коэффициент теплоотдачи обычно определяют экспериментально, измеряя тепловой поток Q и разность температур tc - tж в процессе теплоотдачи от поверхности известной площади F. Затем по формуле (3.2) рассчитывают а.
. (3.3)
Коэффициент теплоотдачи а может быть различным в разных точках поверхности теплообмена, в этом случае вводят понятие локального (местного) коэффициента теплоотдачи, который является функцией координат на поверхности теплообмена. Для упрощения тепловых расчетов часто пользуются средним по поверхности коэффициентом теплоотдачи .
В процессе теплоотдачи, независимо от направления теплового потока Q (oт стенки к жидкости или наоборот), значение его принято считать положительным, поэтому разность tc - tж берут по абсолютной величине, т. е. просто из большего значения вычитают меньшее.
Чтобы определить коэффициент теплоотдачи возможны экспериментальный и аналитический пути исследования.
Экспериментальный путь связан с созданием установки и проведением опытов. Здесь решается частная, конкретная задача. Недостаток метода: исследуется конкретное явление в конкретных условиях.
Аналитический путь определения коэффициента теплоотдачи связан с описанием процесса системы дифференциальных уравнений. После получения решения в общем виде для его конкретизации используются начальные условия.
Температура стенки обычно изменяется по длине канала в меньшей мере, чем температура жидкости, поэтому ее среднее значение с достаточной точностью можно определить как среднеарифметическое 2-х крайних температур:
. (3.4)
Средняя по длине канала температура жидкости рассчитывается по формуле
. (3.5)
Здесь - средний температурный напор, который определяется температурными напорами в начале канала или стенки и на выходе из канала или в конце стенки
. (3.6)
Если , то с ошибкой, не превышающей 3%, величину можно рассчитать по формуле:
.
Если теплообмен происходит между стенкой и окружающей средой происходит одновременно путем соприкосновения (теплоотдачи) и излучения, то это явление называется радиационно-конвективный теплообменом.
Формулу Ньютона удобно также использовать для записи теплового потока при радиационно-конвективном теплообмене. Если газ обменивается со стенкой теплотой одновременно путем соприкосновения и излучения, то общий поток теплоты равен:
(3.7)
где и - плотности теплового потока, обусловленные соприкосновением, которые можно записать с помощью формулы Ньютона:
(3.8)
(3.9)
просуммировав правые и левые части этих формул, с учетом равенства , получим:
(3.10)
где - коэффициент радиационно-конвективного теплообмена, который для кратности можно называть коэффициентом теплообмена; - коэффициент теплоотдачи; - поправка на теплообмен излучением.