Основное уравнение теплопередачи

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

К тепловым относятся процессы, скорость которых определяется скоростью переноса энергии в форме теплоты, нагревания, охлаждения, испарения и конденсация. Нагревание – повышение температуры тел путем подвода к ним теплоты. Охлаждение – понижение температуры тел путем отвода от них теплоты. Частным случаем испарения является процесс выпаривания – концентрирования при кипении растворов твердых нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров. Конденсация – сжижение паров какого-либо вещества путем отвода от них теплоты.

Перенос энергии в форме теплоты происходит между телами с различной температурой и называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел. Теплообмен – это самопроизвольный процесс переноса теплоты. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют теплообменниками.

Теплопередача – это перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку. Оба вещества, участвующие в теплопередаче, называются теплоносителями (более нагретый – горячим, менее нагретый – холодным).

Теплопередача является сложным процессом. При изучении этот процесс расчленяют на простые явления.

Различают три элементарных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность представляет собой процесс молекулярного переноса теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. Теплопроводность в чистом виде, как правило, встречается в твердых телах. Так, в металлах перенос теплоты теплопроводностью связан с перемещением свободных электронов и колебаниями атомов кристаллической решетки.

Конвекция происходит только в газах и жидкостях и состоит в том, что перенос теплоты осуществляется перемещающимися в пространстве макроскопическими объемами среды.

Тепловое излучение – это процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением – тепловой энергии в лучистую и обратно.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

При расчете теплообменных аппаратов используется кинетическое уравнение, выражающее связь между тепловым потоком Q и площадью поверхности F теплопередачи. Это уравнение называется основным уравнением теплопередачи:

, (1)

где K – коэффициент теплопередачи, определяющий скорость переноса теплоты; – средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по всей поверхности теплопередачи; – время.

Единица измерения коэффициента теплопередачи:

.

Единица измерения теплового потока:

.

Таким образом, уравнение (1) выражает физический смысл коэффициента теплопередачи K: коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через 1 м² стенки при средней разности температур между теплоносителями, равной 1 град.