22 Билет

1. Перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку называют теплопередачей. Оба вещества, участвующих в теплопередаче, называют теплоносителями (один, более нагретый,-горячим, а другой, менее нагретый,-холодным теплоносителем).

Различают установившийся и неустановившийся процессы теп­лопередачи. При установившемся (стационарном) процессе тем­пература является функцией только системы координат, т. с. t = f(х, у, z) и не зависит от времени. При неустановившемся (нестационарном) процессе температура изменяется в пространстве и времени, т.е. t = f(x, у. z, τ).

Установившиеся процессы соответствуют непрерывной работе аппаратов с постоянным режимом (гидродинамическим и тепло­вым, т.е. температурным). Неустановившиеся процессы имеют место в аппаратах периодического действия, а также при пуске, остановке и изменении режимов работы аппаратов непрерывного действия.

Необходимым условием передачи тепла является неравенство температур в различных точках данного тела или пространства. Поэтому величина теплового потока, возникающего в среде, зави­сит от распределения температур в среде или характера темпера­турного поля. Под температурным полем понимают совокупность мгновенных значений температур во всех точках рассматриваемой среды.

Геометрическое место всех точек с одинаковой температурой представляет собой изотермическую поверхность. Изотермические поверхности не пересекаются друг с другом, так как тогда их пересечения имели бы различные температуры. Поэтому все изо­термические поверхности замыкаются или кончаются на границах рассматриваемого тела.

Пусть температура одной изотермической поверхности а дру­гой, близлежащей изотермической поверхности, t + ∆t. 11редел отношения разности температур ∆t этих двух поверхностей к рас­стоянию по нормали ∆l между ними

Iim (∆t /∆l) = dt/dl = grad t (11.1)

называют температурным градиентом, который представляет собой производную от температуры по нормали к изотермической поверхности. При dt/dl = 0 наступает равновесие-поток теплоты прекращается. Температурный градиент является мерой интенсив­ности изменения температуры в данной точке. Направление тепло­вого потока всегда совпадает с направлением падения температуры в данной точке. Тогда удельный поток теплоты q (количество теплоты, передаваемое через единицу поверхности в единицу времени) будет равен q~(-dt/dl). Таким образом, в отличие от температуры, которая является скаляром, плотность потока тепло­ты представляет собой векторную величину.

2. Теплообменники с оребренными трубами. В технике достаточно часто встречаются процессы теплообмена, в которых коэффициенты теплоотдачи по обе стороны поверхности теплопередачи резко различаются по величине. Так, например, при нагреве воздуха конденсирующимся водяным паром коэффициент теплоотдачи от пара к стенке составляет примерно 10000-15000 Вт/(м² • К), a от стенки к нагреваемому воздуху- 10-50 Вт/(м²- К). В этом случае оребрение труб со стороны воздуха позволяет существенно повы­сить тепловую нагрузку теплообменника за счет увеличения поверх­ности теплообмена со стороны тепло носи геля с низким коэффици­ентом теплоотдачи. Этот принцип используют при нагреве или охлаждении сильновязких жидкостей, а также газов.

Очевидно, что материал, из которого изготовляют ребристые трубы, должен иметь большой коэффициент теплопроводности. Для снижения гидравлического сопротивления поверхность ребер должна быть параллельна направлению потока теплоносителя. Их форма может быть различной. Наиболее часто используют ребра прямоугольного (рис. 13-11,а) и трапециевидного (рис. 13-11,6) се­чения.

Конструкции оребренных теплообменников весьма разнообраз­ны (рис. 13-12), причем разработаны конструкции как с оребренными трубами, так и с плоскими поверхностями теплообмена (рис. 13- 12, г). На рис. 13-13 представлен широко распространенный тепло­обменник для нагрева воздуха-калорифер.