ТЕПЛОПЕРЕДАЧА СО СЛОЖНЫМ ТЕПЛООБМЕНОМ

НА ПОВЕРХНОСТЯХ СТЕНКИ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Теплопередача через плоскую стенку

Со сложным теплообменом

Сложный теплообмен - это одновременная передача теплоты двумя или тремя способами (конвекцией, теплопроводностью, излучением).

Пусть теплота передается от горячей воды с температурой t_Ж через плоскую стенку толщиной δ к окружающему спокойному воздуху с температурой t_Ж (рис. 5.1).

Дано: коэффициент теплопроводности стенки λ; коэффициенты конвективной теплоотдачи степень черноты поверхности стенки .

Определить: плотность передаваемого теплового потока (q, Вт/м²) и температуры на поверхностях стенки t₁ и t₂.

От воды к поверхности теплота передается путем конвективного теплообмена ( ), через стенку - теплопроводностью (q_T), от стенки к воздуху - конвекцией ( ) и излучением ( ).

Таким образом,

(5.1)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

(5.5)

При расчетах теплопередачи со сложным теплообменом на поверхно­стях суммарную теплоотдачу заменяют эквивалентным тепловым потоком, например конвективным:

(5.6)

При подстановке (5.4) в (5.6) получим формулу для расчета эквивалент­ного коэффициента теплоотдачи

(5.7)

Слагаемое учитывает передачу теплоты излучением и называется лучистым коэффициентом теплоотдачи.

В наиболее общем виде формулу для расчета эквивалентного коэффициента теплоотдачи можно записать так:

(5.8)

где - абсолютная величина разности температур поверхности и среды.

Таким образом, систему 4_х уравнений (5.2)-(5.5)заменяем системой 3_х уравнений:

(5.9)

(5.10)

(5.11)

совместное решение которых дает расчетную формулу для плотности теплового потока

(5.12)

Формула (5.12) включает эквивалентный коэффициент теплоотдачи ( _экв), который требует знания температуры поверхности со сложным теплообменом (t₂). Так как эта температура неизвестна, то ее задают; по (5.7) с уче­том (5.5) рассчитывают α _экв, затем по (5.12) рассчитывают q. Правильность задания температуры t₂ проверяют уравнением (5.11). Если температура поверхности t₂, рассчитанная по (5.11), совпадает с заданной - расчет закончен. В противном случае расчет повторяют с температурой t₂, вычисленной по (5.11), до тех пор, пока проверка не подтвердит заданную температуру. Такой метод расчета называется методом последовательных приближений и его не избежать при расчетах теплопередачи со сложным теплообменом на поверхностях.

После того, как найдены q и t₂, рассчитывают температуру t₁ по уравне­ниям (5.9) или (5.10).

Теплопередача через цилиндрическую стенку

Со сложным теплообменом

Рассмотрим передачу теплоты через стенку трубы водяного экономайзера парового котла от дымовых газов со средней температурой t , омывающих наружную поверхность трубы, к нагреваемой воде со средней температурой t , движущейся по трубе (рис. 5.2).

Дано: геометрические размеры трубы (d₁, d₂, l), коэффициент теплопроводности материала трубы (λ ), температура дымовых газов (t ) и воды (t ), конвективные коэффициенты теплоотдачи (α ₁, α ₂), степень черноты наружной поверхности трубы (ε _с).

Определить: передаваемый через стенку трубы тепловой поток (Q, Вт) и температуры на поверхностях трубы(t₁ и t₂)

Теплота от дымовых газов, содержащих в своем составе излучающие газы (СО₂ и Н₂О), к наружной поверхности трубы передается конвекцией (Q_K ) и излучением (Q_л), через стенку трубы - теплопроводностью (Q_т), от внутренней поверхности трубы к воде — путем конвективного теплообмена (Q ).

Таким образом, передаваемый тепловой поток

(5.13)

(5.14)

(5.15)

(5.16)

(5.17)

1ж1 а,

где - площади наружной и внутренней поверхностей трубы; - степень черноты и коэффициент поглощения газов (см. формулу 4.40).

Заменяя суммарную теплоотдачу от дымовых газов к поверхности трубы эквивалентным конвективным тепловым потоком

(5.18)

получим формулу для расчета эквивалентного коэффициента теплоотдачи

(5.19)

где , Вт/м² - плотность потока излучения.

Таким образом, приходим к системе трех уравнений:

(5.20)

(5.21)

(5.22)

совместное решение которых дает расчетную формулу для теплового потока

(5.23)

А далее расчет производят по той же схеме: задают температуру на поверхности со сложным теплообменом t₁, рассчитывают , тепловой поток по формуле (5.23), сравнивают заданную температуру t₁ с найденной температурой t₁ из уравнения (5.20). Повторяют расчет до их совпадения. Затем рассчитывают температуру t₂ уравнениям (5.21) или (5.22).

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Методологические и научные основы теории управления сложными системами
2. Теплопередача при стационарном тепловом потоке
3. Теплопередача через оребренные стенки