Интенсификация теплопередачи

Единая формула теплопередачи через стенки классической формы

Формулы по расчету теплопередачи через плоскую, цилиндрическую и шаровую стенки можно объединить и записать в виде

,

где – толщина стенки, м; – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м·К); – площади внутренней и наружной поверхностей теплообмена, м²; – средняя между площадь, м²; – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности, Вт/(м²·град); – коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности, Вт/(м²·град); – термическое сопротивление теплопередачи стенки площадью F, град/Вт.

Термическое сопротивление теплопередачи стенки, учитывающее площади поверхностей теплообмена, равно

,

где – термическое сопротивление теплоотдачи от первого флюида к стенке; – термическое сопротивление теплопроводности плоской стенки; – термическое сопротивление теплоотдачи от стенки к второму теплоносителю.

Для вывода частных формул теплопередачи через стенки простейшей или классической формы необходимо в единую формулу подставить следующие значения площадей:

— плоская стенка ;

— цилиндрическая стенка ; ; ;

— шаровая стенка ; ; .

Использование в расчетах единой формулы теплопередачи позволяет разработать универсальную процедуру расчета теплопередачи через стенки классической формы. Кроме этого единую формулу расчета теплопередачи можно использовать для приближенного расчета теплопередачи через стенки сложной неклассической формы. При этом сложную конфигурацию стенки моделируют (заменяют) стенкой простой формы, выполняя равенство площадей поверхностей теплообмена. Например, толстостенный контейнер в форме параллелепипеда с, приблизительно одинаковыми линейными размерами, моделируют шаровой стенкой, толстостенную трубу квадратного или прямоугольного поперечного сечения моделируют цилиндрической стенкой.

Рассмотрим два способа увеличения коэффициента теплопередачи, а, следовательно, и количества теплоты передаваемого через стенку – конструктивный и режимный.

А. Конструктивный способ интенсификации теплопередачи

Изменение конструкции теплопередающей поверхности с целью увеличения коэффициента теплопередачи можно осуществить за счет уменьшения термического сопротивления теплопроводности стенки и термического сопротивления теплоотдачи со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи.

Для уменьшения термического сопротивления теплопроводности стенки необходимо уменьшить толщину стенки и использовать материалы с высоким коэффициентом теплопроводности .

Термическое сопротивление теплоотдачи можно уменьшить, если со стороны меньшего увеличить поверхность теплообмена за счет ее оребрения. Для доказательства этого утверждения запишем единую формулу теплопередачи при допущении малости термического сопротивления теплопроводности ()

.

Пусть . Откуда следует, что при равенстве площадей термическое сопротивление теплоотдачи около второй поверхности много больше термического сопротивления теплоотдачи около первой поверхности

или .

Поэтому для уменьшения необходимо увеличить площадь F₂ до выполнения условия

или ,

где – площадь оребренной поверхности.

Профиль ребра может быть прямоугольной, треугольной, трапециевидной и, в общем случае, произвольной формы (см. рис.3.3).

а) плоская стенка (F₁=F₂) б) оребренная стенка (α₂<α₁; F₂^оребр>F₁)

Рис. 5.3. Конструктивный способ интенсификации теплопередачи

за счет оребрения поверхности

Б. Режимный способ интенсификации теплопередачи

Выясним влияние коэффициентов теплоотдачи и на величину коэффициента теплопередачи k. Для этого запишем формулу коэффициента теплопередачи через плоскую стенку при допущении малости термического сопротивления теплопроводности стенки ()

,

где – коэффициент теплопередачи, рассчитанный при допущении .

Рассмотрим два крайних случая соотношения коэффициентов теплоотдачи:

а) если , (пусть ), то в этом случае из последней формулы следует, что ;

б) если , (пусть ), то в этом случае .

Таким образом, коэффициент теплопередачи не может быть больше меньшего из коэффициентов теплоотдачи, т.е. .

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что для увеличения коэффициента теплопередачи необходимо увеличивать меньший коэффициент теплоотдачи за счет изменения режима движения теплоносителя.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 982; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!