Интенсификация теплопередачи

Практика эксплуатации тепловых аппаратов требует наилучших условий передачи теплоты от горячей среды к холодной. Эти условия главным образом зависят от коэффициента теплопередачи. Однако знания численного значения одного коэффициента теплопередачи для исследования процесса теплопередачи недостаточно. Только анализ соотношений всех термических сопротивлений дает возможность сделать правильное заключение и существенно изменить величину теплового потока. Поясним это на примерах.

В паровом котле коэффициент теплоотдачи от топочных газов к стенке равен a ₁ = 30 Вт/м²·град,а от стенки к кипящей воде равен a ₂ = 5000 Вт/м²·град;коэффициент теплопроводности стальной стенки λ = 50 Вт/м·град,а ее толщина равна 0,02 м. Стенку считаем плоской. При этих условиях коэффициент теплопередачи k = 29,5 Вт/м²·град,т. е. он меньше наименьшего значения a.

Если для увеличения коэффициента теплопередачи k улучшить условия теплоотдачи от стенки к воде или применить более тонкую стенку из теплопроводного материала, то этими способами увеличить k не удается. Существенно повысить k можно, лишь увеличив передачу тепла от топочных газов к стенке.

Иначе обстоит дело с аппаратами, в которых коэффициенты a ₁ и a ₂ велики. Например, в водяном конденсаторе со стороны воды a ₁ = 5000 Вт/м²·град,а со стороны пара - a ₂ = 10 000 Вт/м²·град. Если стенку такого конденсатора изготовить из стали толщиной 20 мм,то k = 1428 Вт/м²·град,если взять стенку толщиной 3 мм,то k = 2770 Вт/м²·град,а если сталь заменить медью и взять стенку толщиной 1 мм, то k = 3400 Вт/м²·град. Пример показывает, что при больших значениях коэффициентов теплоотдачи величина коэффициента теплопередачи в значительной степени зависит от теплопроводности стенки. Таким образом, при изучении условий передачи теплоты в тепловых аппаратах для интенсификации теплопередачи необходимо уменьшать наибольшее термическое сопротивление.

 

К следующему занятию курсанты должны:

ЗНАТЬ: методы решения уравнения теплопередачи при стационарном режиме и граничных условиях третьего рода.

УМЕТЬ: находить значение коэффициента теплопередачи и критического диаметра изоляции при различном соотношении параметров теплообмена.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: о методах интенсификации теплопередачи через стенки различной формы.

 

Вопросы на самоподготовку:

1. Что называется теплопередачей?

2. Каким уравнением описывается передача теплоты через стенку?

3. Как получается основное уравнение теплопередачи?

4. Что называется коэффициентом теплопередачи?

5. Что называется полным термическим сопротивлением?

7. Вывод коэффициента теплопередачи для многослойной плоской стенки.

8. Как определяются температуры поверхностей стенки?

9. Передача теплоты через однослойную цилиндрическую стенку — вывод уравнения.

10. Коэффициент теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку; дать определение.

11. Тепловой поток и коэффициент теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку.

12. Уравнение полного термического сопротивления через многослойную цилиндрическую стенку.

13. Определение температур внутренней и наружной поверхностей цилиндрической стенки.

14. Что называется критическим диаметром изоляции и как он определяется?

15.Какие требуются условия, чтобы изоляция уменьшала потери тепла?

17. Теплопередача через шаровую стенку; вывод уравнения.

18. Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление шаровой стенки.

19. В каких случаях применяют ребристые стенки?

20. Теплопередача и коэффициент теплопередачи через ребристую стенку.

21. Каково общее правило для интенсификации теплопередачи?

 

Подпись автора

___________/ профессор каф. физики и теплообмена П.В. Скрипов

 

 

Лекция рассмотрена и одобрена на заседании кафедры

Протокол №_______ от «_____»_____________2006 г.

 

Зав. кафедрой физики и теплообмена

профессор, д.т.н. __________________ / Н.М. Барбин

«_____»______________ 2006 г.