74 Внешний и внутренний теплообмен.
Внешний теплообмен – теплообмен между окружающей средой и нагревания или охлаждения материала.
Внутренний теплообмен – теплообмен между центральной зоной материала и её поверхностью.
При внешнем теплообмене возможны 2 случая:
1)Теплообмен непосредственно между теплоносителем и поверхностью материала.
2)Теплообмен между теплоносителем и материалом через плёнку конденсации на его поверхности.
Внешний теплообмен между теплоносителем и материалом происходит конвекцией, излучением.
q=α*(tт-tп.м.)
α – коэффициент теплоотдачи
tт – средняя температура теплоносителя
tп.м. – средняя температура поверхности материала
При отсуствии эндотермических реакций q будет израсходовано на нагрев материала и влаги находящегося в материале и на её испарение с поверхностью материала. Тогда балансовое уравнение при первом случаии внешнего теплообмена:
q=α*(tт-tп.м.)=r*ρ0*Ru*du/d +c* ρ0*Vm*dt/ d
r – теплота испарения
ρ0 – плотность сухого материала
Ru – отношение объёма сухого материала к его поверхности с которой происходит испарение
du/d - скорость испарения
dt/ d - скорость нагрева
При отсуствии влаги уравнение примет вид второго слагаемого.
Второй случай:
Если температура поверхности материала меньше температуры окружающей среды и меньше точки росы то на ней может конденсироваться влага.
В следствии чего теплообмен с материалом будет происходить через плёнку конденсата.
Наличие плёнки конденсата усложняя процесс теплообмена. При хорошо смачиваемой поверхности будет сплошная конденсация. При плохой капельная конденсация. Вместе с паром и поверхность конденсации поступает воздух, понижающий парциальное давление пара. Парциальное давление смеси будет складываться из суммы парциальных давлений сухого воздуха и пара.
Pсм=Pп'+Pв'=Pп''+Pв''
Pп' и Pп'' – парциальное давление пара соответственно в окружающей среде и у поверхности материала.
Pв' и Pв'' – сухого воздуха
Поток теплоты от паровозд. смеси определяется уравнение Ньютона.
qт.с.м.=αсм*(tсм-tж)
При внутреннем теплообмене исходя из того, что поверхность нагреваемого тела получает теплоту в количестве опред. формулами Фурье или Ньютона которая и распространяется и внутри материала.
Процесс распространения теплоты в теле в общем случаи складывается из потока теплоты распространённого за счёт теплопроводности материалов и за счёт потока движущего нутри материала массы влаги. Последний определяется произведеним массы движущей влаги на её теплосодержание. Таким образом для внутреннего теплопереноса можно записать
q=- λ*dt/dx+i’*qm
75 Движущая сила тепловых процессов.
Движущей силой тепловых процессов является разница температуры. Чем больше разница температур, тем быстрее идёт процесс теплообмена. Скорость теплового процесса можно описать как
Uп.т.=K* Δt/R
При расчёте процессов теплообмена и тепловых аппаратов необходимо знать величину Δt. Однако в процессе теплообмена температура сред меняется следовательно изменяется и величина Δt, которая зависит от направления относительного движения теплоносителя и нагревая материалов и их свойств.
Движение может быть прямоточным и противоточным. В некоторых случаях движение потока может быть перекрёстным, характер изменения температуры различных сред, при прямоточном и противоточном движении вдоль поверхности теплообмена проследим на рисунке.
Средний температурный напор Δtm при прямотоке и противотоке определяется как средняя логарифмическая разностьтемператур по формуле:
Δtm=Δt’-Δt”/(ln Δt’/ Δt”) или Δtm=Δt’-Δt”/(2,3 lg Δt’/ Δt”)
где - Δt’ – наибольшая разность температур между теплоносителями
Δt” – наименьшая разность температур между теплоносителями
Если температура теплоносителя изменяется незначительно Δt”/ Δt’>=0.5, то
Δtm=0,5*( Δt’+ Δt”)
Характер изменения температуры теплоносителя вдель поверхности теплообмена, зависит от соотношения между водяными эквивалентами.
