> Рисунок 9 - Процес теплопередачі між теплоносіями, розділеними стінкою
З цих рівнянь отримують різниці температур або приватні температурні напори:
Складаючи ліві і праві частини цих рівнянь, отримують різницю температур теплоносіїв, або загальний температурний напір:
З зіставлення рівнянь (2) і (12) отримуємо:
Величина, зворотна коефіцієнту теплопередачі, називається загальним термічним опором теплопередачі і позначається R (R=r1 + Rст + r2). Величини і називаються приватними термічними опорами r1 і r2, а - термічним опором стінки Rст. У разі багатошарової стінки в рівняння (13) замість підставляється сума термічних опорів кожного шару стінки. Тоді:
де n- кількість шарів стінки; i- порядковий номер шару.
Необхідно відзначити, що коефіцієнт теплопередачі завжди менше мінімального коефіцієнта тепловіддачі.
. 4 Рушійна сила теплообмінних процесів
Рушійна сила теплообмінних процесів - різниця температур теплоносіїв. Під дією цієї різниці теплота передається від гарячого теплоносія до холодного.
Процеси теплообміну в апаратах безперервної дії можуть здійснюватися в прямотоке, противотоке, перехресному і змішаному потоках. На рис. 4. показаний характер зміни температур теплоносіїв при прямоток і противотоке. Один з теплоносіїв G1 охолоджується від температури до, а інший G2 нагрівається від до.
Рушійна сила при теплопередачі між двома теплоносіями не зберігається свого постійного значення, а змінюється вздовж теплообмінної поверхні. Наприклад, при прямоток при вході теплоносіїв в теплообмінник локальна рушійна сила максимальна:
,
а на виході з апарату мінімальна:
Така ж картина спостерігається і при противотоке. Тому при розрахунках процесів теплопередачі користуються середньої рушійною силою процесу.
Кількість теплоти, що передається в одиницю часу від гарячого теплоносія до холодного на нескінченно малій елементі теплообмінної поверхні (див. рис. 4, а), визначається за основним рівнянню теплопередачі (1):
У результаті теплообміну на цьому елементі поверхні температура гарячого теплоносія понизиться на:
а температура холодного теплоносія підвищиться на:
де G1і G2 - масові витрати відповідно гарячого і холодного теплоносіїв;
с1 і с2 - питомі теплоємності відповідно гарячого і холодного теплоносіїв.
Зміна температури теплоносіїв знайдемо, віднімаючи з рівняння (17) рівняння (18):
Підставляючи значення dQ з основного рівняння (16) теплопередачі в рівність (19), після перетворення отримаємо
Кількість теплоти Q, передане в одиницю часу від гарячого теплоносія до холодного на всій теплообмінної поверхні Fтеплообменніка, визначаємо з рівняння теплового балансу:
Підставляючи значення G1c1і G2c2із рівняння (21) в рівняння (20), отримуємо:
У результаті інтегрування рівняння (22) при постійному До отримуємо:
З порівняння рівнянь (23), (24) і основного рівняння теплопередачі (2) отримують співвідношення для розрахунку середньої рушійної сили процесу теплопередачі
Це відношення справедливо і для випадку противоточного руху теплоносіїв уздовж поверхні теплообміну. ??
При невеликих змінах температур теплоносіїв, коли? t min /? t max? 0,5, середню різницю температур обчислюють як середньоарифметичну:
при цьому помилка не перевищує 5%.
При перехресному і змішаному потоці теплоносіїв середню рушійну силу обчислюють за формулою (25), вводячи коефіцієнт е? t;
який визначається за графіками в залежності від схеми потоків і співвідношення температур теплоносіїв.
5. Розрахунок параметрів процесу
Визначити втрати теплоти з 1 м 2 поверхні стінки універсальної термокамери, коефіцієнт теплопередачі і температури обох стінок термокамери, якщо стінка тришарова: 1-й внутрішній шар - шамотна цегла товщиною д 1=100 мм, 2-й шар -ізоляціонний цегла товщиною д 2=60 мм, третій шар - сталевий кожух товщиною д 3=8 мм. Теплопровідність шарів: л 1=0,81 Вт/(м? К), л 2=0,23 Вт/(м? К), л 3=45 Вт/(м? К). Температура в печі t ѓ1=780 ° C, температура навколишнього повітря t ѓ2=20 ° C. Коефіцієнти тепловіддачі відповідно з внутрішньої і зовнішньої сторін термокамери б 1=70 Вт/(м 2? К), б 2=12 Вт/(м 2? К).
Рішення
Знаходимо теплові опори (в м 2? К/Вт):
гарячого теплоносія r 1=1/б 1=1/70=0,0143;
- го шару стінки r ст...
