Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 31
Текст из файла (страница 31)
И НТЕНСИ ФИ КА ЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Для интенсификации переноса теплоты через стенку согласно формуле (!2.7) нужно либо увеличить перепад температур между теплоносителям и бю — »мэ, либо уменьшить термическое сопротивление теплопередачи )9„. Температуры ген. лоносителей обусловлены требованиями технологического процесса, поэтому изменить нх обычно ие удается. Термическое сопротивление )г» мож. но уменьшить различными способами, воздействуя на любую из составляющих»2,6 )9», )г».
Как отмечалось в 99.2, интенсифицировать конвективный тепло- обмен и уменьшить»9„можно путем увеличения скорости движения теплоносителя, турбулизации пограничного слоя и т. д. Термическое сопротивление теплопроводности А»» зависит от материала и толщины стенки. Однако прежде чем выбирать методы воздействия на процесс теплонередачи, необходимо установить вклад отдельных составляющих )(,ь )Г» и А'„» в суммарную величину )9». Естественно, что существенное влияние на )г* будет оказывать уменьшение наибольшего из слагаемых. В широко используемом в технике процессе передачи теплоты от канельной жидкости к газу через металлическую стенку наибольшее термическое сопротивление имеет место в процессе теплоотдачи от газа к стенке )г э, а остальные термические сопротивления )г,! и »9» пренебрежимо малы по сравнению с ннм (см.
пример 12.2). В таких случаях для интенсификации тенлонередачи очень часто оребрнют ту поверхность стенки (рис. 12.2), теплоотдача от которой менее интенсивна. За счет увеличения площади Е» оребренной поверхности стенки термическое сопротивление теплоотдачи с этой стороны стенки )7„= 1/а»Р» уменьшается и соответственно уменьшается значение )9». Аналогичного результата можно было бы достигнуть, увеличив аь но для этого обычно требуются дополнительные Рис.
12.2. К расчету теплопередачн через оребренную поверхность затраты мощности на увеличение скорости течения теплоносителя. Ребра, имеющие форму пластин, стержней или любую другую, одним концом плотно прикрепляют к тсплоотдающей поверхности с помощью сварки, пайки или изготовляют как целое со стенкой. Ребристыми выполняют радиаторы отопления, корпуса двигателей и редукторов, радиаторы для охлаждения воды в двигателях внутреннего сгорания и т. д. Термическое сопротивление теплоотдачи )т„г за счет оребрения поверхности уменьшается пропорционально к о з фф ициенту оребрения (отношению плошади аребренной поверхности к площади гладкой поверхности до ее оребрения), т. е.
К,рво†Е,р/г'... и рассчитывается по обычному соотношению )т,р — — !/(цгр,р), но только в там случае, когда термическое сопротивление тепло. провадности самих ребер значительно меньше термического сопротивления теплоотдачи от них: ! Ю = — г--«)Т = —, (12.13) хг Л5" г р где 1р — длина ребра; лг — плошадь поперечного сечения ребра; Ер — площадь поверхности ребра. При большом термическом сопротивлении теплапроводности ребер температура по мере удаления от основания ребра приближается к температуре теплоносителя и концы ребер работают иеэффект и в но. Пример 12.3. Рассчитать, вц сколько раз увеличится тепловой поток ат трубы (уславия примера 12 2), если ее иаружиукг поверхность увеличить в 10 раз путем аребрения.
Термическим сопротивлением рсаср пренебречь. Коэффициенты теплаотдачи считать такими же, как и примере !2.2. Величина и, длк аребреинай поверхности булат и К.р — — 10 рлз меныце, чем для гладкой Остальные термические сопротивлении (Й, и й,) астэиутс» неизменными, следовательно, гь! ьг 86 — 20 5,28 10 2+3,25 10 э+2,39 10 =26660 Вт Таким образам, в данном случае уменьшение й„г в 1О раз приводит к увеличению теплового патока в процессе теплопередачи в О„„/О=26 660/2750=9,68 раза, поскольку влияние двух меньших термических сопротив. лений пренебрежимо мала. Как правила, установка ребер привалит к некоторому снижению коэффициентов тепла.
отдачи конвенцией и излучением, поэтому реально эффект будет несколько ниже Более точные расчеты следует выполнять па формулам, рекомендованным в справочниках для конкретного вида аребрепия |гл. те|1лОВАЯ иЗОлЯЦИЯ Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения, агрегаты, коммуникации приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью [Л( «02 Вт/(м.
К)). Такие материалы называются теплоизолятора ми. Большинства теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой или пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздука и переносу теплоты излучением. Сама основа в плотном состоянии обычно обладает достаточно высокой теплопроводностью [Ляв 1 Вт/(м ° К)[, поэтому с увеличением плотности набивки минеральной ваты, асбеста или другого теплоизалятора их теплопроводнасть возрастает. С увеличением температуры коэффициент теплопроводности теплоизоляции также растет из-за увеличения теплопроводности воздуха и усиления теплопереноса излучением Очень сильно растет теплопроводность при увлажнении пористых теплоизоляторов.
Поры заполняются водой, теплопроводность которой на порядок выше, чем воздуха, и, кроме того, за счет капиллярных явлений вода может пере101 мешаться внутри пор, усиливая таким образом перенос теплоты. Вероятно, каждый на собственном опыте убеждается, насколько хуже влажная одежда защищает человека от холода. Добавляя связующие вещества, из волокнистых и порошковых материалов получают теплоизоляционные плиты, блоки, кирпичи. В последнее время широкое распространение получили искусственно вспученные материалы из застывшей пены (пенопласты, вермикулит, пенобетоны и т, д.), обладающие хорошими теплоизоляционными свойствами из-за их большой пористости.
Еше лучшими свойствами обладают вакуумно-многослойные и вакуумно-порошконые теплоизоляционные материалы. Перенос теплоты теплопроводностью через поры в таких теплоизоляторах уменьшаемся путем создания глубокого вакуума, а для уменьшения переноса теплоты излучением служит либо порашок, либо ряд слоев фольги с малой степенью черноты, выполняющих роль экранов. Вакуумно-многослойиая тепло- изоляция сосудов для хранения сжнжеиных газов имеет эффективный коэффициент теплопроводности Х,»яэ !О ' Вт/(м К). Расчет теплоизоляции проводят по формуле теплопередачи (!2.7), причем допустимые теплопотери обычно извест. ны, а в результате расчета находят толщину слоя теплоизоляции 6, которая входит в выражение )сь Иногда в условии задается температура наружной стенки г,», например, в зоне работы обслуживающего персонала она не должна превышать 50'С. В этом случае допустимые теплопотери с! м' поверхности теплоизолируемого объекта определяют по формуле (9.1): »)=ц»(1,» — !»), где температура воздуха в помещении.
Вид теплоизолятора выбирают по температуре и фнзико-химическим свойствам теплоносителей. Каждый теплоизолятор имеет вполне определенную предельную температуру г„р, при которой он еще сохраняет свои свойства. Высокотемпературную теплоизоляцию различных печей делают многослойной, поскольку теплоизоляторы с высокой предельной температурой обычно до- 102 роги и имеют большую теплопроводность.
Толщина внутреннего слоя теплонзолятора делается такой, чтобы температура на его наружной поверхности не превыгаала предельную температуру следующего более дешевого и менее тепло- проводного материала. Затем считают толщину следующего слоя, т. е. расчет проводят последовательно, начиная от внутреннего, самого жаростойкого теп.
лоизолятора. Теплофизические снойства теплоносителей и теплоизоляторов зависят от температур, большинство из которых в начале расчета неизвестны, поэтому ими приходится задаваться и расчет проводить методом последовательных приближений. Выбор теплоизолятора для трубопроводов. Увеличение толщины слоя изоляции на плоской стенке увеличивает ее термическое сопротивление )сь в результате чего увеличивается и суммарное термическое сопротивление теплопередачи й». Значения )(„ и )! » при этом не меняются. Наложение теплоизоляции на поверхность цилиндра также увеличивает Й», но одновременно уменьшает й,»= 1/и»Р» из-за увеличения наружной поверхности г»=пх(»1, При некоторых условиях может получиться иа первый взгляд парадоксальный результат — утолщение теп.
лоизоляции приводит к уменьшению суммарного термического сопротивления теплопередачи )!» (рис. 12.!) и соответственно к увеличению теплопотерь. Оказывается, теплоизоляция на трубе эффективно работает только а том случае, Рнс. 12.3. Зависимость термических сопротив- лений ат наружного радиуса теплоизоляции иа трубе Контрольные вопросы и зидичи Глава тринадцатая ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 13.1. ТИПЫ ТВПЛООБМБННЫХ АППАРАТОВ 103 если ее наружный радиус больше некоторого критического значения г„ю Для его определения приравняем нулю производную по гт от полного термического сопро. тнвления теплопередачн )Т,= (т'.с + -1- (Т1 „,-(- )г, „,+)Т з, где )(з „ и )Т„р — термические сопротивления слоя изоляции и стенки трубы.
В результате получим г, =Ею/сиз; с( =2йю/а.. (12.14) Например, в случае теплоизоляции труб, находящихся в помещении [аз-- =!О Вт/(м К)), совелнтом (й„,ж як 0,1 Вт/(м. К) ) значение критического диаметра буде~ раино с(„и=2 0,1/10= =002 м. 12.1. Пользуясь методом анализа размерностей, получить зависимОсть Лля расчета Теплообмениый аппарат (теплообменник) — зто устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или дия изменении агрегатного состояния теплоносителя. Чаще всего в теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т. е.
нагреванне одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого. Исключение составляют теплообменники с внутренними теплавыделениями, в которых теплота выделяется в самом аппарате н идет на нагрев теплоносителя. Это разного рода злектронагреватели и реакторы. Теплообменникн с двумя теплоносителямн в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому можно разделить нв несколько типов: с м е с и т е л ь н ы е, р е к у п еративные, регенератнвные и с промежуточным теплоносителемм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
