Теплопроводность плоской стенки.

Кинетика теплопередачи.

Процессы бывают:

· Стационарные (установившиеся);

· Нестационарные.

Применительно к тепловым процессам для стационарного режима, температура остается неизменной во времени:

Стационарный режим определяет непрерывную работу теплообменного аппарата, в этом случае тепловой поток будет выражаться количеством тепла в единицу времени [ ]=[Дж/сек]=[Вт]

Неустановившийся режим определяет его периодическую работу, в этом случае температура изменяется во времени:

Тепловая нагрузка аппарата будет определяться на одну технологическую операцию.

Общая кинетическая зависимость для процессов теплопередачи, выражающая взаимосвязь между тепловыми потоками и поверхностью теплообмена названа основным уравнением теплопредачи

В случае установившегося теплового процесса:

В случае установившегося теплового процесса:

где к – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К), характеризующий

скорость теплопереноса;

Физический смысл к:

Определяет среднюю скорость передачи тепла вдоль всей поверхности теплообмена.

; [к]=[Дж/с·м²·К]=[Вт/м²·К]

Этот коэффициент показывает, какое количество тепла в Дж переходит за 1 секунду от более нагретого к мене нагретому теплоносителю, через поверхность 1 м² при средней разности температур между теплоносителями в 1⁰.

F- поверхность теплопередачи( является определяемой величиной при расчете аппарата), м²;

∆t_ср – средняя разность температур, между теплоносителями, которая определяет среднюю движущую силу процесса теплопередачи( температурный напор),К.

Температурный напор зависит от характера изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.

Способы передачи тепла.

1. Теплопроводность – передача тепла внутри твердого тела. Это перенос тепла вследствие беспорядочного движения микрочастиц( колебание молекул и атомов в кристаллической решетке твердого тела или движение свободных электронов).

2. Конвекция – перенос тепла вследствие движения или перемещения макроскопических объемов газа или жидкости под действием какой- либо движущей силы.

Различают 2 вида конвекции:

а) Естественная( свободная) конвекция – в этом случае перемещение обусловлено разностью плотностей газа или жидкости в различных точках объема, которая возникает вследствие разности температур в этих точках.

б) Вынужденная конвекция – происходит при принужденном движении всего объема газа или жидкости.

3. Излучение- процесс распространения электромагнитных колебаний, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

На практике передача тепла осуществляется комбинированно.

Теплоотдача – передача тепла при теплообмене от горячей жидкой среды к стенке.

l- коэффициент теплопроводности;

[l]=[Вт/м·К]

α - коэффициент теплоотдачи

Передача тепла теплопроводностью.

Совокупность значений температур в данный момент времени для всех точек, рассматриваемой среды, называется температурным полем.

grad t – вектор, направление которого совпадает с увеличением температуры. Значение grad t определяет наибольшую скорость изменения температуры данной точки температурного поля.

Поток тепла, за счет теплопроводности может возникнуть только при условии, что grad t ¹ 0.

Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье: «Количество тепла dQ, проходящее за время dτ через поверхность dF нормальную к направлению передачи тепла, пропорционально grad t.»

- закон Фурье для нестационарных процессов.

В случае стационарного процесса, когда :

- закон Фурье для стационарных процессов.

Обычно в расчетах принимают: ,

где q – плотность теплового потока.

- коэффициент теплопроводности,

[ ]=[Вт/м·К],

определяет скорость передачи тепла за счет теплопроводности, то есть количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу поверхности при толщине стенки 1 м и разности температур 1⁰С.

Таблица – Коэффициент теплопроводности для различных веществ.

Вещество	,Вт/м·К
1.Металлы: Сталь углеродная Алюминий Медь
2.Неметаллы: Стекло Резина	0,6-1 0,4
3.Жидкость Вода	0,6
4.Газы: Воздух СО2	0,022 0,014

Для металлов увеличивается с увеличением температуры. Для большинства жидкостей уменьшается с увеличением температуры.

Теплопроводность плоской стенки.

Запишем уравнение Фурье для стационарного режима теплопередачи( в этом случае величина теплового потока постоянна).

Разделим переменные и проинтегрируем

- уравнение теплопроводности для одиночной плоской стенки при установившемся режиме.

При практических расчетах теплообменных аппаратов для снижения потерь тепла используют теплоизоляторы: асбест, шамот, кирпич, динас, пенопласт, стекловату, керамзит, опилки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: