Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Уараа> 37, Хо.206, 367 !1934). ГЛАВА 3. СТАТИКА ВВЕДЕНИЕ В гл. 2 мы решили несколько простых задач, используя и старую, и новую теории теплопередачи. Главной целью этих задач было показать, насколько новый способ лучше старого и почему.

Мы видели, что новым способом можно эффективно решать простые нелинейные задачи и что старым способом также можно решать те же задачи, хотя и не столь эффективно. Мы видели, что новый способ позволяет получить решение в сотни раз быстрее старого и, кроме того, он гораздо нвдежпейн точнее. В этой главе мы рассматриваем более сложные практические задачи, преследуя иную цель: продемонстрировать возможность проектирования и расчета реальных установок с помощью новой теории тепло- передачи.

В этой главе приведены примеры проектирования и расчета двух теплообменников. В одном из них теплопередача описывается линейной зависимостью, проходящей через точку ч(п Т - 0) О, в другом — происходят существенно нелинейные процессы. Проектирование и расчет этих теплообменников в задаче 1 проводятся с помощью старой теории теплопередачи, в задаче 2 — с помощью новой теории.

Те читатели, которые в настояний момент более не интересуются старой теорией теплопередачи, могут пропустить описания нелинейной части задачи 1. СРАВНЕНИЕ СТАРОЙ И НОВОЙ ТЕОРИЙ Определение местного теплового потока й в старой теории тепло- передачи производится в два этапа: 1) рассчитывается коэффициент теплоотдачи (й или Ю) или термическое сопротивление (1Тй или 1/()); 2) вычисляется местный тепловой поток по формулам ч= ЪьТ или ч= ()ьТ.

(3.1) Сваиииа я новой теории теплопередачи расчеты производятся только в один этап — местный тепловой поток вычисляется с помощью функции г«(д Т). (Далее в этой книге скобки ( 1 указывают на функциональную зависимость. Так, выражение о(д Т( означает, что 9 является функцией д Т, и ие означает, что 9 должно быть умножено на д Т.) Как показано в следующих задачах, касающихся проектирования и расчета теплообменных аппаратов, в новой теории не используются такие понятия, как термическое сопротивление или коэффициент 'теплоотдачи, она опирается только на зависимость теплового потока от термодвижущей силы.

В большинстве учебников, посвященных старой теории теплопередачи, для лучшего усвоения понятия термического сопротивления проводится аналогия между термическим и электрическим сопротивлениями. Обычно в них также демонстрируется возможность. использования цепей линейных электрических сопротивлений для решения тепловых задач, особенно если рассматриваются проблемы теплового излуяения. Конечно, излучение — это существенно нелинейное явление, которое в первую очередь должно быть елинеаризовано", чтобы можно было применять теорию линейных цепей. (Слово "линеаризоване взято в кавычки, поскольку в данном случае оно не совсем подходящее.

Правильнее было бы сказать, что излучение должно быть описано с помощью коэффициентов или отношений, чтобы обеспечить соответствие с теорией линейных цепей. Мы вернемся к этому вопросу в главе, где будем рассматривать теплообмен излучением.) Крейц" несколько подробнее рассматривает аналогию между электрическим и термическим сопротивлениями и правильно оценивает ее значение для развития представления о цепях термических сопротивлений, полезного для решения задач с помощью старой теории тепло- передачи. Он достаточно подробно описывает эту известную идею.

Читатель, интересующийся историей, может непосредственно обратиться к книге Крейца. Фактически в старой теории теплопередачи представляет интерес не сам тепловой иоиои, а ооировивлоиие, оказываемое ему. Так, в правильном замечании Якоба, касающемся старой теории, которое мы цитировали в гл. 1, говорится: ««Кге«8«, Рйпе1р(ее о1 Нее«Тгепе(егг 1п«ег((бопг 1958,'рр.

18-21, 89, 119-120, 159, З«0-211, п«ео «(«е 2пг( ейбпп. 44 Глава 3 " ... основной задачей теории и практики конвективного тепло- обмена является определение функции Ь'. В новой теории теплопередачи мы не интересуемся коэффициентом Ь, т.е. сопротивлением тепловому потоку, а рассматриваем только сам тепловой поток. Мы не проводим аналогии между потоками тепла и электричества, поскольку связь между потоком вообще и потоком в цепях настолько оченидна, что устанавливается фактически интуитивно. Изменение потока, теория потока, а также теория потока в цепях хорошо описываются следующим "законом потоков": Поток, поступающий в некоторый объем, равен сумме потоков, выходящего из этого объема и оставшегося в нем. Интуитивно ясно, что этот "закон потоков" в равной степени применим к потокам тепла, электричества, газов, жидкостей и т'.д. (хотя обычно "закон потоков" формулируется несколько элегантнее, я сомневаюсь, чтобы его можно было выразить проще и удобнее.) Таким образом, в новой теории теплопередачи мы имеем дело не с термическим сопротивлением, а с тепловым яаноком.

Мы ищем не корреляционные соотношения, которые описывали бы термическое сопротивление, а соотношения, которые описывают тепловой яанов. Чтобы облегчить решение сложных задач, мы используем не понятия цепей сопротивления, а понятие яаваяа в цепях.

Мы не проводим аналогии между тепловым потоком и любым другим потоком, вместо этого мы сознательно признаем, что теплопередача — это яоио«тепла и что этот яанов так же прост и обладает такой же динамикой, как н любой. другой ясная. В старой теории теплопередачи ключевое слово — сопротивление (коэффицййнт теплоотдачи) и камень преткновения — понятие сопротивления (коэффициент теплоотдачи) Й Ь Т) . В новой теории теплопередачн ключевое слово — яоноя и камень преткновения — понятие потока Ч(ТДС) . Хотя в теории это различие может показаться неуловимым, на практике оно приводит к существенным расхождениям, что мы уже видели на примере простых задач, приведенных в гл.

2,, и увидим на примере следующих задач, посвященных вопросам проектирования и расчета теплообменных аппаратов. Свавкка 45 СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ В ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ Старая теория теплопередачи имеет дело лишь со статическими характеристиками теплообменной установки, и на первый взгляд разделение характеристик на статические и динамические может показаться странным.

Чтобы облегчить переход от старой теории к новой, в этой главе рассматриваются только статические характе. ристики, а в гл. 4 вводится понятие динамических характеристик теп лообменной установки. При анализе статических процессов в теплопередаче мы рассматриваем рабочие характеристики установки как стационарные, т.е. рассматриваем потенциально стационарный рабочий режим установки. Мы яе касаемся вопросов динамики, таких, как характер реакции установки на малые изменения (возмущения) в окрестности стационарного рабочего режима, т.е. не рассматриваем вопроса об устойчивости стационарного рабочего режима.

Те, кто знаком со старой теорией теплопередачи, признают, что исследование динамических режимов в ней находится в зачаточном состоянии. Это вполне понятно, поскольку, как мы увидим в гл. 4, строгое решение динамических задач с помощью старой теории тепло- передачи было бы столь громоздким я сложным, что это фактически было бы равносильно невозможности его получения. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ Рассматриваются вопросы проектирования и расчета двухкомпонентных теплообменников: А/В, в котором все явления теплопередачи описываются линейной зависимостью, проходящей через точку, где 41 а Т= О! = О, и А/С, в котором процесс теплопередачи нелинеен на одной из поверхностей раздела. Как указывалось в гл.

1, старая теория теплопередачи эффективна применительно к процессам, описываемым линейными зависимостями, прошдящими через точку, в которой 4д Т = 01 О. Таким образом, при проектировании и расчете теплосбменника А/В с помощью старой теории теплопередачи трудностей не возникает. Действитель- 46 Глава 3 но, с помощью старой теории можно спроектиронать и рассчитать теплообменник А/В быстрее, чем с помощью новой. Однако следует иметь в виду, что теплообменник А/В рассматривается с целью облегчить понимание новой теории путем применения ее к задаче проектирования и расчета, которая достаточно проста, чтобы ее можно было решить непосредственно с помощью старой теории теплопередачи.

Рассмотрение теплообменника А/В облегчает переход от старой теории к новой путем выбора некоторой "общей области", где обе теории эффективны. В этой общей области новый метод в сравнении со старым может показаться странным, путаным и окольным. Однако следует иметь в виду, что вы сравниваете новый метод, которым пользуетесь впервые, со старым, который вам известен и которым вы пользовались годами. Если вы не можете быстро и просто решить задачу проектирования и расчета теплосбменника А/В с помощью ионой теории, то, пожалуйста, допустите, что это неумение проистекает из-за плохого знания теории, а не из-за ее недостатков. Во всяком случае, красноречивым подтверждением справедливости такого допущения является задача проектирования и расчета теплообменника А/С.

После ознакомления с проблемой большинство читателей, по-видимому, откажутся от проектирования и расчета теплообменника А/С с помощьк старой теории на том основании, что им придется выполнить много ненужной дополнительной работы- и это действительно так! В обоих рассматриваемых жидкостно-жидкостных теплообменниках расходы теплоносителей достаточно велики, а изменение их температур в установке пренебрежимо мало. Другими словами, распределение температуры в каждом теплоносителе можно заменить одним средним значением.

(Последнее, конечно, можно было бы сделать, рассматривая дифференциальный элемент теплообменника. Однако, по мнению автора, процессы в установке проще исследовать в интегральном вийе.) При проектировании и расчете каждой конструкции предполагается, что теплоной поток постоянен по всей длине теплообменника, Свавяяа 47 . тогда Екомп =,.4„,„„. (3.2) Если рассматривается установка, в которой 4 изменяется от точки к точке, то следует, конечно, определить ()комп с помощью выраже- ния 0„~~„= й(Ж( И. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В НОВОЙ ТЕОРИИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Расчет статических режимов в новой теории очень прост. При этом должны выполняться следующие требования. 1. Понимание "закона потоков", сформулированного на стр. 44. 2.

Характеристики

Список файлов книги