Общие сведения о тепловых процессах. Тепловой баланс потока. Формулы расчета тепловых нагрузок с изменением и без изменения агрегатного состояния.

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 Т_н, 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 С_жТ₂ (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.