Теплопередача

Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей. Плоская стенка. Определим количество теплоты, которое передается в единицу времени от горячего теплоносителя с температурой t ₁ к холодному теплоносителю с температурой t ₂ через разделяющую их многослойную стенку (рис. 3).

Принимаем . Рабочая поверхность стенки F. суммарное значение коэффициента теплоотдачи с горячей стороны , с холодной – .

При установившемся тепловом состоянии от горячего теплоносителя к стенке, сквозь стенку и от стенки к холодному теплоносителю за одинаковое время передается одно и тоже количество теплоты.

Количество теплоты, передаваемое за время от горячего теплоносителя к стенке, в соответствии с уравнением теплоотдачи составит

. (21)

Это же количество теплоты пройдет через стенки в результате теплопроводности

, (22

. (23)

Количество теплоты, отдаваемое стенкой холодному (менее нагретому) теплоносителю, составит

. (24)

Полученные выражения для Q представим в виде

(25)

Левые части уравнений выражают частные термические сопротивления теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя (), теплопроводности стенок () и теплоотдачи со стороны холодного теплоносителя ().

Тогда общее термическое сопротивление процессу теплопередачи составит

. (26)

Из последнего уравнения находим выражение для теплового потока:

. (27)

Первый множитель уравнения (26) называется коэффициентом теплопередачи:

. (28)

Величина, обратная К, т. е. , называется общим термическим сопротивлением. Соответственно основное уравнение теплопередачи для плоской стенки при постоянных температурах теплоносителей имеет вид

(29)

и для непрерывных процессов

. (30)

Коэффициент теплопередачи К, согласно уравнению (30), имеет единицу измерения Вт/(м²×К).

В уравнении (28) частные термические сопротивления могут существенно различаться. Поэтому необходимо оценивать вклад каждого из них при расчете и анализе процесса теплопередачи.

Методы интенсификации процесса теплопередачи:

1. следует увеличить меньший из коэффициентов теплоотдачи, поскольку коэффициент теплопередачи всегда меньше наименьшего из коэффициентов теплоотдачи (например, увеличением скорости теплоносителя);

2. увеличение теплопередачи достигается уменьшением толщины отложений или полным их устранением за счет, например, регулярной очистки поверхностей нагрева;

3. применить материалы с более высоким коэффициентом теплопроводности;

4. удалением из аппаратов воздуха и др. газов ухудшающих теплообмен при конденсации пара;

5. использовать противоточную схему движения теплоносителей.