Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Рассмотрим изменение А, (г) с температурой. Найдем производную Тлк РЕГУЛЯРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ Рассмотрим процесс охлаждения (или нагревания) твердого тела, когда условия охлаждения, температура окружающей среды Гж и коэффициент теплоотдачи сс, во времени остаются постоянными и внутренние источники теплоты в теле отсутствуют. В отношении начального распределения температур в теле не будем делать никаких ограничений, за исключением того, что примем условие: разность между температурой в любой точке и температурой окружающей среды в начальный момент имеет один и тот же знак. При этих условиях нестационарный процесс охлаждения (нагревания) тела может быть разделен на две стадии: начальную стадию и стадию регулярного режима.
Первая стадия характеризуется тем, что изменение температурного поля во времени существенно зависит от особен- ностеи начального теплового состояния тела, и поэтому характер процесса не определяется однозначно условиями охлаждения и свойствами тела. Однако постепенно влияние начальных условий все более и более утрачивается; напро- Рис. 7-17. Изменение темпе.
тнв, ВОЗДЕЙСТВИЕ УСЛОВИЙ ОХЛаждЕНИя ратуры во времени при и физических свойств тела становится охлаждении тела. определяющим. Наступает регулярный тепловой режим. При этом закон изменения температурного поля во времени принимает простой и универсальный вид: логарифм избыточной температуры ' тела в любой его точке изменяется во времени по линейному закону 1пб= — тт+С, (а) т. е.
эта температура убывает во времени по экспоненциальному закону О=Се "'. (б) Величина т, 1!с, есть положительное число, не зависящее от координат и времени. Эта величина характеризует интенсивность охлаждения (нагревания) тела и называется темпом охлаждения (нагревания). Графическая интерпретация рассматриваемого процесса показана на рис. 7-17; здесь приведены кривые изменения величин 1п б з и 1п б з для двух фиксированных точек тела 1 и 2 во времени на протяжении всего процесса охлаждения тела. Наступление регулярного режима характеризуется тем, что соответствующие кри- ~ Избыточной температурой 3 называют модуль разности между температурой тела т и температурой окружающей среды тж: З = 1 т — тж й 242 вые переходят в прямые линии, имеющие одинаковый угловой коэффициент на графике, т.
е. они оказываются параллельными между собой. Применим уравнение (а) к двум произвольным моментам вре- мени т' и т" (рис. 7-17) и, исключив постоянную С, получим: 1и Ь' — 1и Э" (7-8) Формула (7-8) дает способ определения величины темпа охлаж- дения т из опыта; для этого необходимо измеренные в какой-ни- будь точке тела температуры д = 1" (т) представить в полулогариф- мнческих координатах, на прямолинейном участке полученной зависимости выбрать две точки и соответствующие им величины 1и д и т подставить в формулу (7-8).
Основные закономерности регулярного теплового режима' были подробно исследованы Г. М. Кондратьевым (40), который опреде- лил основные связи, существующие между темпом охлаждения т, с одной стороны, и физическими свойствами тела, его формой, раз- мерами и условиями охлаждения — с другой. Зто позволило раз- работать методы приближенного расчета нестационарных темпера- турных полей, методы моделирования нестационарных процессов в сложных объектах, дать оценки неравномерности температурных полей в различных условиях и т. д.
На основе теории регулярного режима были предложены и получили широкое распространение на практике новые методы определения теплофизических свойств веществ: а, Х, с, термических сопротивлений Я, степени черноты тел е, коэффициентов теплоотдачи а. Преимуществом таких мето- дов является простота техники эксперимента, высокая точность получаемых результатов и малая затрата времени на проведение эксперимента.
Для регулярного теплового режима характерны следующие основные положения: 1. Основное соотношение (а), определяющее наступление регу- лярного режима, выполняется не только для однородных простых тел, но также для любых сложных систем из разнородных тел, т. е, явление регуляризации температурного поля имеет общий характер. 2. Темп охлаждения однородного тела т при конечном значе- чении коэффициента теплоотдачи пропорционален коэффициенту теплоотдачи а и внешней поверхности тела Р и обратно пропорцио- нален полной теплоемкости С» = ср'»': т =Ч' —.
(в) с, 3. При а -э о значение т для любой сложной системы ко- нечно, причем величина т для однородных тел пропорциональна коэффициенту температуропроводности а материала: а=Кт„. (г) 243 тр = (1+ 1,44 В+ Вв) ь. (к) Соотношения (и) и (к) могут быть использованы для оценки неравномерности поля температур Ч' различных объектов; на их основе разработаны экспериментальные методы определения коэффициента теплопроводности, коэффициента теплоотдачи и др. 4. Для системы, состоящей из ряда жестко связанных тел с различными свойствами, темп охлаждения т однозначно определяется совокупностью теплофизических свойств Фиимитита этих тел, их размерами и формой, а также условиями охлаждения.
Для таких сложных систем могут быть получены уравнения, аналогичные соотношениям (в) и (г) для простых тел. Особый интерес представляет система, состоящая из ядра произвольной конфигурации и тонкой оболочки из иного материала. Для таких условий уравнение энергетического баланса системы в период регулярного режима имеет относительно простой вид 140). На этой основе были предложены и получили распространение весьма эффективные методы определения теплофиаических параметров различных веществ.
5. Понятие регулярного режима применимо также к телам с внутренними источниками или стоками теплоты постоянной интенсивности. Все приведенные выше соотношения и зависимости справедливы и в этих случаях. Различие лишь в том, что при простом охлаждении закон формулируется для избыточной температуры 0 = ~ 1 — г ~, а при наличии источников теплоты — для разности температур д = ) г — гв~ при стационарном ((а) и нестационарном (г) режимах системы в одной и той же точке, 0 Рис. 7-18. Зависимость т = 1 (а).
Величина Ч' для тела заданной формы является однозначной— функцией числа В. Исследования [40) показали, что для тел различной конфигурации кривые Ч" = Ч' (В) настолько близко располагаются друг к другу, что практически все семейство их можно заменить одной кривой. Приближенное ее аналитическое выражение имеет вид: глава иссыхав ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ вик ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему технологическому назначению и конструктивному оформлению весьма разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты 245 могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Рекуперсииивными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку.
Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т. п. Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости эта аккумулированная теплота ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др. В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела.
Поэтому такие аппараты называются также и о в е р х н о стн ы м и. В смесительньп аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др. Специальные названия теплообменных аппаратов обычно определяются их назначением, например, парогенераторы, печи, водо- подогреватели, испарители, перегреватели, конденсаторы, деаэраторы и т. д. Однако несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов по виду, устройству, принципу действия и рабочим телам, назначение их в конце концов одно и то же, это — передача теплоты от одной, горячей, жидкости к другой, холодной.
Поэтому и основные положения теплового расчета для них остаются общими. в-х. вяккпввдтивныв дппмдты 1. Основные положения теплового расчета. Тепловой расчет теплообменного аппарата может быть конструкторским, целью которого является определение площади поверхности теплообмена, и поверочным, при котором устанавливается режим работы аппарата и определяются конечные температуры теплоносителей.
В обоих случаях основными расчетными уравнениями являются: уравнение теплопередачи Я =йР((г (э) и уравнение теплового баланса Я =Яэ+М, (8-2) где ф 6~61~ 61смб(! О~см (г1 11) 246 — количество теплоты, отданное горячим теплоносителем; Я2 = 026ь2 = 02ср2бр2 02ср2 (/2 — р2) — количество теплоты, воспринятое холодным теплоносителем; ЛД вЂ” потери теплоты в окружающую среду; 0„0, — массовые расходы горячего и холодного теплоносителей; Й„б/2 — изменение эвтальпии теплоносителей; с „ с, — удельные теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении; /1~ (2 — температуры горячего теплоносителя на входе и выходе из аппарата; 22 температуры холодного теплоносителя на входе и выходе его из аппарата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
