Теплопередача. Основные определения

Стационарный тепловой поток через цилиндрическую стенку. Критический диаметр

Стационарная теплопроводность через цилиндрическую стенку.

1). Однородная цилиндрическая стенка.
Рассмотрим однородный однослойный цилиндр длиной l, внутренним диаметром d₁и внешним диаметром d₂ (Рис.9.4).

Температуры поверхностей стенки –t_ст1 и t_ст2.
Уравнение теплопроводности по закону Фурье в цилиндрических координатах:

Q = - λ∙2∙π∙r ·l· ∂t / ∂r (9.24)

или

Q = 2·π·λ·l·Δt/ln(d₂/d₁), (9.25)

где: Δt = t_ст1 – t_ст2 – температурный напор;
λ – κоэффициент теплопроводности стенки.
Для цилиндрических поверхностей вводят понятия тепловой поток единицы длины цилиндрической поверхности (линейная плотность теплового потока), для которой расчетные формулы будут:

q_l = Q/l =2·π·λ·Δt /ln(d₂/d₁), [Вт/м]. (9.26)

Температура тела внутри стенки с координатой d_х:

t_x = t_ст1 – (t_ст1 – t_ст2) ·ln(d_x/d₁) / ln(d₂/d₁). (9.27)

2). Многослойная цилиндрическая стенка.
Допустим цилиндрическая стенка состоит из трех плотно прилегающих слоев (Рис.9.5).

Температура внутренней поверхности стенки –t_ст1, температура наружной поверхности стенки –t_ст2, коэффициенты теплопроводности слоев -λ₁, λ₂, λ₃, диаметры слоев d₁, d₂, d₃, d₄.
Тепловые потоки для слоев будут:
1-й слой

Q = 2·π· λ₁·l·(t_ст1 – t_сл1)/ ln(d₂/d₁), (9.28)
2-й слой
Q = 2·π·λ₂·l·(t_сл1 – t_сл2)/ ln(d₃/d₂), (9.29)
3-й слой
Q = 2·π·λ₃·l·(t_сл2 – t_ст2)/ ln(d₄/d₃), (9.30)

Решая полученные уравнения, получаем для теплового потока через многослойную стенку:

Q = 2·π·l·(t_ст1 – t_ст2) / [ln(d₂/d₁)/λ₁ + ln(d₃/d₂)/λ₂ + ln(d₄/d₃)/λ₃]. (9.31)

Для линейной плотности теплового потока имеем:

q_l = Q/l = 2·π· (t₁ – t₂) / [ln(d₂/d₁)/λ₁ + ln(d₃/d₂)/λ₂ + ln(d₄/d₃)/λ₃]. (9.32)

Температуру между слоями находим из следующих уравнений:

t_сл1 = t_ст1 – q_l·ln(d₂/d₁) / 2·π·λ₁ . (9.33)
t_сл2 = t_сл1 – q_l·ln(d₃/d₂) / 2·π·λ₂ . (9.34)

Теплообмен при конденсации

Теплоотдача при кипении жидкости

Массообмен

Многие процессы теплообмена, происходящие в природе и технике, сопровождаются внешним и внутренним массообменом. При этом пред­полагается, что химических реакций между компонентами нет. Например, испарившаяся жидкость, распространяясь путем диффузии в парогазовой среде, будет изменять интенсивность теплоотдачи в этой среде. При тепловлажностной обработке бетона происходят конденсация пара и его испарение с поверхности изделий, миграция влаги, паров и воздуха внутри этих изделий; Массообмен (диффузия) лежит в основе таких физических и химических процессов, как смешение газовых струй различных концентраций, испарение, сушка, конденсация пара из парогазовой смеси, кондиционирование воздуха. адсорбция вещества из растворов, сублимация, окисление, горение, разделение изотопов, цементирование металлических изделий и т. д.

Под массообменом понимают самопроизвольный необратимый процесс переноса массы определенного компонента в пространстве с неоднородным полем химического потенциала этого компонента. В простейшем случае неоднородным является поле концентрации или парциального давления, при этом процесс переноса имеет определенную направленность. Например, в смеси с одинаковой температурой и давлением процесс массопереноса (диффузии) направлен к выравниванию концентраций в системе, при этом происходит перенос вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.

Диффузия осуществляется молекулярным или молярным путем. Молекулярная диффузия — это перенос вещества смеси, обусловленный тепловым движением микрочастиц. Молярный перенос неразрывно связан с макродвижением самой смеси (конвекцией). Массообмен, обусловленный совместным действием молекулярной диффузии и конвективного переноса вещества, называется конвективным массообменном.

Количество вещества, проходящего в единицу времени через данную поверхность в направлении нормали к ней, называется потоком массы. Он обозначается через J и измеряется в кг/с. Плотность потока массы j — это поток массы, проходящий через единицу поверхности: j=dJ/dF.

Причиной возникновения потока массы является либо неравномерное распределение концентрации вещества (концентрационная диффузия), либо неоднородность температурного поля (термодиффузия), либо неоднородность полного давления (бародиффузия).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: