2020-06-08
101
Программа.
Теплопередача как частный случай сложного вида теплообмена. Коэффициент теплопередачи. Термическое сопротивление при теплопередаче. Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую и цилиндрическую стенку.
Назначение и классификация теплообменных аппаратов. Баланс теплоты. Схемы движения теплоносителей. Температурные графики. Средняя разница температур теплоносителей. Конструкторский и поверочный расчеты теплообменных аппаратов.Методы интенсификации теплоотдачи в теплообменных аппаратах.
Методические указания. Теплопередача, как частный случай сложного вида теплообмена, представляет собой перенос теплоты от одного теплоносителя к другому через разделительную стенку.
Коэффициент теплопередачи представляет собой количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу поверхности при разности температур теплоносителей в 1 К (или градус).
, Вт/(м2К). (3.9)
Однофазные теплоносители при теплообмене меняют свою температуру, поэтому температурный напор (разность температур теплоносителей) по поверхности теплообменного аппарата неустойчивый (рис. 2). При противоточной схеме движения теплоносителей средний по поверхности теплообменного аппарата температурный напор всегда выше, чем при прямоточной схеме, что позволяет передавать одинаковое количество теплоты меньшей площадью.
|
|
|
В противоточных теплообменных аппаратах температура холодного теплоносителя на выходе может быть выше температуры горячего теплоносителя, с которой он выходит из аппарата (tx ² >tг ²).
Рисунок 2 – Изменение температуры теплоносителей в теплообменных аппаратах:а) при прямотоке; б) при противотоке
При изучении данной темы студент должен обратить особое внимание на влияние различных факторов на значение коэффициента теплопередачи, на методы интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах, выделяя среди них наиболее важные.
Тепловой баланс ТОА:
Ф=m1×сp1×(t/1-t//1)=m2×сp2×(t//2- t/2 ), Вт (3.10)
где m1 – массовый расход горячего теплоносителя, кг/с;
m 2 – массовый расход холодного теплоносителя, кг/с;
t/1, t//1 – начальные и конечные значения температуры горячего теплоносителя, °С;
t/2, t//2 –начальные и конечные значения температуры холодного теплоносителя, °С.
Массообмен
Программа.
Массообмен. Виды диффузии. Диффузионный поток. Уравнение Фика. Физический смысл коэффициента массопереноса. Числа подобия массообмена.
Методические указания.
В теплотехнике массообмен встречается в процессах испарения, конденсации, сушки, вентиляции, кондиционирования воздуха и т.п. Массоотдачей называют перенос массы вещества из ядра фазы к поверхности раздела фаз и наоборот. Движущая сила масообменных процессов может быть выражена в системе жидкость-жидкость разностью объемных концентраций вещества; в системе газ-жидкость – разностью парциальных давлений компонента; в твердых телах – разностью концентраций.
|
|
|
Уравнение массообмена (без учета термо- и бародиффузии):
. (3.11)
Исходя из аналогии процессов теплообмена и массообмена, можно:
. (3.12)
Числа подобия массообменных процессов имеют структуру, аналогичную структуре чисел подобия процессов теплообмена.
Диффузионное число Нуссельта (число Шервуда Sh), включает искомый безразмерный коэффициент массоотдачи:
. (3.13)
Диффузионное число Прантдля (число Шмидта Sc) – критерий подобия скоростных и концентрационных полей в потоке:
, (3.14)
где n – коэффициент кинематической вязкости, м2/с; µ – коэффициент динамической вязкости, Па∙с.
Число Гухмана характеризует влияние массообмена на теплообмен:
, (3.15)
где Тс и Тм – значение температуры сухого и мокрого термометра, К.
Диффузионное число Стантона:
. (3.16)
Диффузионное число Пекле:
, (3.17)
где w – скорость переноса массы вещества, м/с.
Вид диффузионных критериев вытекает из анализа соотношений по аналогии с соответствующими тепловыми процессами.
Поток может быть записан через коэффициент конвективного массообмена:
, (3.18)
где 
– концентрации вещества у поверхности и на значительном удалении от нее, кг/м3; b - коэффициента массоотдачи, м/с.
