Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem

С1 = ε1С0 - коэффициент излучения горячего тела ( с большей температурой Т1),

С2 = ε2С0 - коэффициент излучения холодного тела ( с меньшей температурой Т2).

Если требуется ослабить лучистый теплообмен, между телами устанавливаю отражающие перегородки - экраны.

Лучеиспускание газов

Излучение газов отличается от излучения твердых тел. Газы излучают объемом, а

твердые тела поверхностью. В отличие от твердых тел газы излучают в строго фиксированном диапазоне длин волн.

Одноатомные и большинство двухатомных газов - диатермичны, т.е. прозрачны для тепловых лучей.

Хотя излучающая способность газов не пропорциональна Т4, в технических расчетах принимают, что газы подчиняются закону Стефана-Больцмана, а отклонение учитывают соответствующей степенью черноты газа.

Промышленные газы часто бывают запылены. Частицы пыли обладают значительной поверхностью и собственным спектром излучения. Это приводит к значительному возрастанию теплового потока излучения газа.

Расчет толщины тепловой изоляции

Для того, чтобы снизить теплопотери аппаратами и трубопроводами в окружающую среду, на наружные поверхности наносят теплоизоляцию.

Теплоизоляцией называют внешнее вспомогательное покрытие, служащее снижению потери теплоты. Теплоизоляция нужна для экономии топлива, поддержания стабильного теплового режима в промышленных аппаратах и соблюдения санитарных норм.

Для теплоизоляции применяют материалы с низкой теплопроводностью. В

промышленности для этого применяют: шлаковую и минеральную вату, совелит,

8

асбозурит, асбест, асбослюду и прочие, т.е. материалы, имеющие коэффициент теплопроводности при температурах 50-100 о С меньше 0,2 Вт/м К.

Основную теплоизолирующую роль в изоляции играет воздух. Задача состоит в снижении циркуляционных потоков в слое теплоизоляции. Снаружи теплоизоляцию покрывают специальными составами или фольгой.

При выборе теплоизоляции необходимо учитывать способность материала поглощать влагу и выдерживать соответствующую температуру. Для изоляции очень горячих поверхностей может применяться многослойная теплоизоляция. На нагретые поверхности накладывается слой термостойкого материала, например, асбеста, а уже поверх него настилается слой минеральной ваты и т.д. При теплоизоляции аппаратов,

находящихся в сырых помещениях, необходимо подбирать специальные негигроскопичные материалы, т.к. при насыщении влагой изоляционная способность материала снижается.

При расчете теплоизоляции сначала устанавливают допустимые тепловые потери,

они не должны превышать 3-5 % от тепловой нагрузки аппарата. Затем подбирают вид теплоизоляции и задаются температурой наружной поверхности, отвечающей санитарным нормам:

1) для изолируемых поверхностей, расположенных в рабочей или обслуживаемой зоне помещений:

o 45 °С - при температуре теплоносителя выше 100 °С;

o 35 °С - при температуре теплоносителя до 100 °С; для поверхностей оборудования и трубопроводов, содержащих вещества с температурой вспышки паров не выше

45 °С;

2) для изолируемых поверхностей, расположенных на открытом воздухе:

o 60 °С - на открытом воздухе при штукатурном или неметаллическом покровном слое;

o 55 °С - при металлическом покровном слое.

Температуру на внутренней поверхности теплоизоляции можно принять равной температуре на внутренней поверхности стенки аппарата, т.е. пренебречь термическим сопротивлением металлической стенки с высоким коэффициентом теплопроводности λT.

Тепловой поток (в данном случае тепловые потери) в установившемся процессе одинаков и для слоя теплоизоляции и для теплоотдачи в воздухе. Тогда:

где qпот - удельные тепловые потери, Вт/м2 , 9

λT из - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/мK,

δиз - толщина слоя теплоизоляции, м,

αобщ - общий коэффициент теплоотдачи в окружающую среду конвекцией и излучением. Его можно определить по формуле Линчевского в интервале температур 30350 о С:

Тапп - температура внутри аппарата, она же температура внутренней поверхности теплоизоляции, o C.

Тст - температура наружной поверхности слоя теплоизоляции, о С,

Т - температура наружного воздуха.

Решая данную систему уравнений с ограничениями максимальных потерь тепла и ограничением на температуру наружной поверхности Тст, находят толщину слоя теплоизоляции δиз.

10

ЛЕКЦИЯ 12

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ АДДИТИВНОСТЬ ТЕРМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Теплопередача в поверхностных теплообменниках

Поверхностными называют теплообменники, в которых перенос тепла от горячего теплоносителя к холодному осуществляется через разделяющую их поверхность. Это самый распространенный тип теплообменников, применяемых в химической промышленности. К ним относятся: кожухотрубные, спиральные, оребренные,

двухтрубные, пластинчатые и другие виды теплообменников.

Процесс переноса тепла от горячего теплоносителя к холодному через границу раздела или через разделяющую поверхность (стенку) называется теплопередачей.

Теплопередача - сложный процесс, включающий перенос тепла из ядра потока горячего теплоносителя к стенке (границе раздела), перенос тепла через стенку (границу раздела) и перенос тепла от стенки (границы раздела) в ядро потока холодного теплоносителя.

Основное уравнение теплопередачи

где Q – тепловой поток в процессе теплопередачи, Вт; A – поверхность теплообмена, м2;

∆Tср – средняя движущая сила процесса теплопередачи, оС; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м2

теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями в 1 градус.

Перенос тепла в пределах одной фазы (от стенки в ядро потока или из ядра потока

кстенке) называется теплоотдачей. Описывается уравнением Ньютона (ур. 9.11).

Впроцессе теплопередачи теплоносители могут изменять свою температуру вдоль поверхности теплообмена (при нагреве или охлаждении) или температура может оставаться постоянной (процессы кипения или конденсации при постоянном давлении).

1

Аддитивность термических сопротивлений

Перенос тепла через теплопередающую плоскую стенку при постоянной температуре теплоносителей в стационарном режиме

Рассмотрим установившийся процесс теплопередачи от горячего теплоносителя 1 с

постоянной температурой Т1 к холодному теплоносителю 2 с постоянной температурой Т2

Рис.12.1. Распределение температур в процессе теплопередачи через многослойную плоскую стенку

Запишем выражения для теплового потока Q на различных стадиях теплопередачи.

1. Перенос теплоты из ядра потока горячего теплоносителя к стенке описывается уравнением Ньютона:

Q 1 A(T1 TСт1 ) , (12.2)1 - коэффициент теплоотдачи горячего теплоносителя, а ТСт1 - температура стенки со стороны горячего теплоносителя.

2