Тепловіддача при конденсації пари. Найбільш задовільною схемою процесу конденсації пари є схема Нусельта, за якого на поверхню твердого тіла, яке сприймає тепло від пари, відбувається плівкова конденсація у відсутності краплинної. Плівка рідини, яка утворюється на поверхні твердого тіла, чинить основний термічний опір поширенню теплоти від пари до твердого тіла.
В результаті аналізу і узагальнення дослідних даних одержана така критеріальна залежність для визначення коефіцієнта тепловіддачі у випадку конденсації
(4.25)
Де С — коефіцієнт, рівний 1,15 при конденсації на вертикальних поверхнях і 0,72 при конденсації на зовнішній поверхні окремої горизонтальної труби.
За визначальний розмір при конденсації пари на вертикальній стінці взято висоту стінки, а при конденсації на горизонтальній трубі — діаметр труби. За визначальну температуру взято середню температуру плівки конденсату, при якій знаходять фізичні параметри, що входять в критерії рівняння (4.25).
Формула (4.25) справедлива, коли швидкість руху пари мала
. При значних швидкостях руху пари коефіцієнт теп-
ловіддачі збільшується, якщо потік зменшує товщину плівки конденсату або зриває його. Якщо ж потік пари перешкоджає руху плівки конденсату, товщина її зростає і коефіцієнт тепловіддачі зменшується.
Тепловіддача при кипінні рідини — дуже складний процес. Тому запропоноване критеріальне рівняння для визначення коефіцієнта тепловіддачі має наближений характер.
Для випадку кипіння у вертикальних трубах з природною циркуляцією можна скористатися рівнянням
(4,26)
Де — критерій теплової напруги;
— густина пари, ;
r — теплота пароутворення, Дж/кг;
—частота пароутворення, 1/с;
— відривний діаметр бульбашки, м;
— поверхневий натяг, Н/м;
—густина рідини,
Рівняння (4.26) зводиться до розрахункової формули
(4.27)
Де — розрахунковий коефіцієнт, що залежить від
фізичних параметрів киплячої рідини.
Променистий теплообмін. Випромінювання властиве усім тілам, оскільки у кожному тілі частина теплової енергії перетворюється на променисту. Інтенсивність випромінювання залежить від температури тіла. Потрапивши на інші тіла, промениста енергія частково поглинається тілом, знову перетворюючись на теплову, частково відбивається і частково проходить крізь тіло.
Коефіцієнт тепловіддачі випромінювання можна визначити формулою
(4.28)
Де — ступінь чорноти твердого тіла;
— температура поверхні тіла, °K
— температура оточуючого простору°K
Теплопередача. Процес передачі теплоти від гарячого теплоносія до холодного через стінку, що їх розділяє, визначається сукупною дією розглянених елементарних явищ.
Кількість теплоти яка передається, визначають за загальним піинянням теплопередачі:
де k — коефіцієнт теплопередачі, Вт/ -град:
F — поверхня теплообміну.
- середня різниця температур між середовищами,°C
Коефіцієнт теплопередачі визначає кількість теплоти, яка передана через одиницю поверхні протягом одиниці часу від одного середовища до іншого при різниці температур між ними 1 °С. Він є підсумковим коефіцієнтом швидкості теплового процесу при переході теплоти від ядра потоку першого теплоносія до стінки (тепловіддачею), через стінку (теплопровідністю) і від стінки до ядра потоку другого теплоносія (тепловіддачею).
Теплопередача через плоску стінку. Щоб вивести співвідношення, яке зв'язувало б коефіцієнт теплопередачі з коефіцієнтами теплопровідності тепловіддачі, розглянемо процес передачі теплоти через плоску стінку товщиною з коефіцієнтом теплопровідності (рис. 4.22). З одного боку стінки омиває теплоносій з температурою з другого — з температурою .
Температури поверхонь стінки і коефіцієнти тепловіддачі
При сталому процесі можна записати такі три рівняння:
З цих рівнянь можна дістати вирази для окремих температурних напорів:
Додаючи ці рівняння, дістанемо повний температурний напір
звідки
(4.30)
Отже, коефіцієнт теплопередачі дорівнює
°C), (4.31)
Величину, обернену коефіцієнту теплопередачі, називають термічним опором теплопередачі:
(4.32)
З цього рівняння випливає, що загальний термічний опір дорівнює сумі окремих складових. Зазначимо, що коефіцієнти тепловіддачі мають найбільше значення при плівковій конден-
сацїї —
, при краплинній — що значно перевищує значення
коефіцієнта тепловіддачі газів та рідин