Лекция №8
Раздел 2. Тепловые процессы и аппараты
Тема 2.1. Основы теплопередачи
Общие сведения о тепловых процессах. Тепловой баланс потока. Формулы расчета тепловых нагрузок с изменением и без изменения агрегатного состояния.
ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Общие сведения
При тепловых процессах тепло передается от одного вещества к другому.
Вещества, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями.
Основные способы проведения тепловых процессов:
1. путем непосредственного соприкосновения теплоносителей
2. передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители.
.
Передача тепла от одного тела к другому посредством теплопроводности,
Конвекции
лучеиспускания.
теплопроводность осуществляется переносом тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. Энергия передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц, без их перемещения друг относительно друга.
конвекция происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц.
лучеиспускание происходит путем переноса энергии в виде электромагнитных волн.
.
Тепловой баланс
Уравнение теплового баланса
тепловой поток- количество тепла, передаваемого в единицу времени от одного тела к другому, (дж/сек,) или (вт). Значения теплового потока, выраженные в ккал/ч, для перевода в вт надо умножить на коэффициент 1,16.
При теплообмене между теплоносителями происходит уменьшение энтальпии (теплосодержания) горячего теплоносителя и увеличение энтальпии холодного теплоносителя. 
Пусть количество горячего теплоносителя, его начальная и конечная энтальпия равны соответственно G кг/сек, I 1и I2 дж/кг, а количество холодного теплоносителя и его начальная и конечная энтальпия g кг/сек, iи 
дж/кг.
Примем также, что количество тепла, передаваемого от горячего теплоносителя к холодному, составляет Q вт (эта величина называется тепловой нагрузкой аппарата), а потери тепла в окружающую среду равны 
(рис. 11-1). Тогда уравнение теплового баланса запишется в виде [1]
Производя перегруппировку, получим:
Величина
представляет собой количество тепла, отданного горячим теплоносителем, а величина
количество тепла, сообщенное холодному теплоносителю.
Таким образом
т. е. тепло, отданное горячим теплоносителем, частично передается холодному теплоносителю и частично на компенсацию потерь в окружающую среду.
В теплообменных аппаратах потери тепла обычно невелики (не более 2—3%) и ими можно пренебречь. Тогда уравнение теплового баланса примет вид
или 
Определение тепловой нагрузки при нагревании и охлаждении без изменения агрегатного состояния
Если в аппарате происходит охлаждение горячего теплоносителя, то
где С — удельная теплоемкость
горячего теплоносителя в дж/кг ■ град, а Т1, и Т2 — температуры теплоносителя[i] на входе в аппарат и на выходе из него.
Тогда 
Аналогично при нагревании холодного теплоносителя
где с — удельная теплоемкость холодного теплоносителя, дж/кг ■ град;
4 
— температуры теплоносителя на входе в аппарат и на выходе из него.
Величины н 
называются температурными перепадами - изменение температуры теплоносителей в процессе теплообмена
Произведения количества теплоносителя на его удельную теплоемкость называются водяными эквивалентами (W = GC и w=gc).
Удельная теплоемкость — это количество тепла, сообщаемое единице вещества (1 кг, 1 jh3, 1 кмоль) для изменения его температуры на 1°С.
В СИ, удельные теплоемкости выражены здесь в дж/кг -град. В справочных таблицах значения удельных теплоемкостей веществ обычно приводятся в ккал/кг • град. Для перевода этих значений в дж/кг -град их надо умножить на коэффициент 4190. Таким образом, в системе СИ удельная теплоемкость воды будет равна 4190 дж/кг-град (1 ккал/кг• град), удельная теплоемкость воздуха составит 1000 дж/кг -град (0,24 ккал/кг-град).
Определение тепловой нагрузкипри изменении агрегатного состояния
При конденсации парообразного теплоносителя величины 
энтальпию поступающего пара н уходящего конденсата.
Если пар поступает перегретым с температурой Т1 то величина 
кладывается из энтальпии жидкости при температуре насыщения Тн, тепла, расходуемого на испарение жидкости и равного теплу конденсации пара Q кон также тепла Q пер, необходимого для перегрева пара, т, е. 
Величина I2 равна СжТ2 (Т2—температура уходящего конденсата). Тогда уравнение (11-1) после ряда преобразований принимает вид: 
Тепло, отдаваемое при охлаждении перегретого пара, равно теплу, затраченному на перегрев при его получении, и составляет:
Тепло, отдаваемое при конденсации пара, равно теплу, расходуемому на испарение жидкости:
Тепло, отдаваемое при охлаждении конденсата, составляет:
.
[i] [i] В этой главе, а также в главах 12 и 13 мы будем пользоваться буквой Т для обозначения температуры горячего теплоносителя п °С (а не в °К), за исключением особо оговоренных случаев.
