Теплопроводность

Теоретические основы теплообмена

Лекция ТЕПЛООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

План лекции

1. Теоретические основы теплообмена

2. Виды тепловых процессов

3. Классификация теплообменных аппаратов

4. Элементы методики расчета теплообменных аппаратов

/./. Термины и определения

Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.

Теплота- энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой телом в процессе теплообмена.

К теплообменным относятся такие гомологические процессы, ско­рость которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты: на­гревание, испарение, охлаждение, конденсация.

/. 2. Основное уравнение теплопередачи

Основными кинетическими характеристиками процесса теплопере­дачи являются средняя разность температур, коэффициент теплопереда­чи, количество передаваемой теплоты (от этой величины зависят разме­ры теплообмеиного аппарата)

Связь между количеством передаваемой теплоты и площадью поверх­ности теплообмена определяется основным уравнением теплопередачи dQ-KFAtdr, которое для установившегося процесса имеет вид Q = KFM_(p, где dQ - количество переданной теплоты;

К - коэффициент теплопередачи между средами; F — площадь поверхности теплообмена;

At - разность температур между средами - движущая сила процесса; di - продолжительность процесса.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты (кДж) передается от одного теплоносителя к другому через разделяю­щую их стенку площадью 1 м в течение 1 ч при разности температур между теплоносителями 1°С.

Площадь поверхности теплообмена (теплопередачи) аппарата опре­деляется по формул qF = Q/ KAt_CMt.

Чтобы воспользоваться уравнением, необходимо знать количество пе­реданной теплоты, которое определяется из теплового баланса, среднюю разность температур и коэффициент теплопередачи между средами.

 

 

Передача теплоты может осуществляться теплопроводностью, теп­ловым излучением и конвекцией.

Теплопроводностьюназывается процесс переноса тепловой энер­гии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теп­лового движения и взаимодействия микрочастиц. В результате тепло­проводности температура тела выравнивается.

Поверхность тела, все точки которой имеют одинаковую темпера­туру, называется изотермической поверхностью.

Температуры внутри тела (среды) изменяются в направлении от одной изотермической поверхности к другой. Наибольшее изменение температуры происходит по нормали к изотермическим поверхностям Предел отноше­ния изменения температуры А? к расстоянию между изотермическими по­верхностями по нормали А/ называется температурным градиентом, grad/ = lim(At/Al) _Ai_^) = dt/'&.

Основной закон теплопроводности, установленный Фурье и назван­ный его именем, гласит, что количество теплоты dQ, переданное теплопро­водностью, пропорционально градиенту температуры At /А/, времени dr и площади сечения dF, перпендикулярного направлению теплового потока:

dQ = -X(dt/dl)Fdz, где Я -коэффициент теплопроводности, Вт/(мград).

Коэффициент теплопроводности веществ зависит от их природы и агрегатного состояния, температуры и давления. Коэффициент тепло­проводности газов возрастает с повышением температуры и почти не за­висит от давления. Для жидкостей, за исключением воды и глицерина, наоборот, Я уменьшается с повышением температуры. Для большинства твердых тел Я увеличивается с повышением температуры.