Теплопередача через стенку

Пусть перенос тепла происходит через двухслойную плоскую стенку с поверхностью F м² от потока конденсирующего пара с t₁ к потоку кипящей жидкости с t₂.

Количество тепла в Дж/с:

, где

α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи, α равен количеству тепла, отданного 1м² поверхности стенки за 1с при средней разности температур стенки и теплоносителя в 1град.

- коэффициент теплопередачи, К равен количеству тепла, переданного от горячего теплоносителя к холодному через 1м² поверхности стенки за 1с при средней разности температур теплоносителей в 1град.

[α] = [K] = [Дж/с·м²·К] = [Вт/м²·К];

δ – толщина стенки, м.

λ – коэффициент теплопроводности, равен количеству тепла, переданного через 1м² поверхности тела за 1 с при градиенте температуры в 1 град на 1 м длины нормали к изотермической поверхности. Чем выше λ, тем лучше материал проводит тепло.

t t + Δt t - Δt q q

1/К – термическое сопротивление теплопередаче;

1/α – термическое сопротивление теплоотдаче;

λ/δ – тепловая проводимость стенки;

δ/λ – термическое сопротивление стенки.

Повысить К можно увеличением α за счет увеличения скорости потока теплоносителя, удалением загрязнений на стенке и т.д.

При переменных температурах теплоносителей:

- основное уравнение теплопередачи.

∆t_ср – средняя разность температур теплоносителей (средняя движущая сила, средний температурный напор).

Для прямотока и противотока теплоносителей:

, где ∆t_б и ∆t_м – начальный и конечный температурный напор (на входе и выходе теплообменника).

При .

Для перекрестного и смешанного тока:

∆t_ср = (∆t_{ср. противоток})·f; f – поправочный множитель; F < 1 и определяется по специальным графикам.

Противоток более предпочтителен, чем прямоток, т.к. при противотоке выше скорость теплообмена из-за большего ∆t_ср.

Температуру стенки определяют по формулам: методом последовательных приближений. Задаются значением T_ст, например, . Затем используя критериальное уравнение, определяют критерий Нуссельта, потом , далее К, потом t_ст. рассчитывают до совпадения с заданной точностью предыдущего и последующего значений t_ст.