Тема 1. Способы интенсификации теплопередачи

Из формулы теплопередачи следует, что Q = q F = k D t F. Интенсифицировать процесс теплопередачи можно за счет увеличения коэффициента теплопередачи k, разности температур жидкостей или поверхности теплообмена F. Коэффициент теплопередачи – величина сложная, например для плоской стенки определяется выражением Выясним, на какой из слагаемых нужно влиять, чтобы увеличить k. Значение d/l обычно очень мало, поэтому .

Рассмотрим конкретный пример. Пусть = 100 Вт/(м²·К), а

= 10 Вт/(м²·К). Тогда Вт/(м²·К), т.е. Таким образом, для увеличения коэффициента теплопередачи необходимо увеличивать наименьший коэффициент теплоотдачи.

Если процесс теплопередачи интенсифицируется за счет увеличения поверхности, т.е. ее оребрения, то возникает вопрос: какую поверхность (внутреннюю или наружную) необходимо делать ребристой? Термическое сопротивление теплоотдачи определяется не только величиной и , но и размерами самих поверхностей. Отсюда следует, что если мало, то термическое сопротивление теплоотдачи можно уменьшить путем увеличения соответствующей поверхности (диаметра). Следовательно, оребрять поверхность нужно со стороны наименьшего коэффициента теплоотдачи.

В инженерной практике в целях интенсификации процесса теплопередачи чаще всего увеличивают поверхность теплообмена за счет ее оребрения.

Теплопередача через ребристую стенку (приближенный расчет)

Постановка задачи. Пусть имеется стенка, с одной стороны которой находится жидкость с температурой const, коэффициент теплоотдачи , а с другой стороны стенка оребрена и омывается жидкостью, температура которой const (), коэффициент теплоотдачи . Толщина стенки , а коэффициент теплопроводности ее материала l. Будем считать, что температура по длине ребра не изменяется (в этом и заключается приближенность расчета). Необходимо найти тепловой поток, передаваемый через ребристую стенку.

Известно, что теплопередача является сложным процессом. Сначала теплота от жидкости с температурой будет в процессе теплоотдачи передана стенке, затем этот тепловой поток пройдет через стенку теплопроводностью, а потом будет в процессе теплоотдачи отдан жидкости с температурой .

Отсюда а

Умножив числитель и знаменатель на F

и обозначив , где n – коэффициент оребрения, получим приближенную формулу для расчета теплопередачи через ребристую стенку

Для точного расчета теплопередачи через ребристую стенку необходимо знать закономерность изменения температуры вдоль ребра.