6. Тепловые процессы Общие положения

Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой такого процесса является разность температур более нагретого и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно, в соответствии со вторым законом термодинамики, проходит от более нагретого тела к менее нагретому телу.

Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами, атомами и свободными электронами; в результате теплообмена интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее нагретого - возрастает.

Тела, участвующие в теплообмене, - теплоносители.

Теплопередача - наука о процессах распространения тепла. Законы теплопередачи лежат в основе тепловых процессов - нагревания, охлаждения, конденсации паров, выпаривания - и имеют большое значение для проведения многих процессов при очистке газов и жидкостей.

Различают три принципиально разных способа распространения тепла: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Теплопроводность представляет собой перенос тепла вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц, соприкасающихся друг с другом.

В твердых телах теплопроводность является основным видом распространения теплоты.

Конвекция - перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Перенос тепла возможен в условиях естественной или свободной, конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), возникающей вследствие разности температур в этих точках или в целях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости.

Тепловое излучение - процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

В реальных условиях тепло передается, как правило, комбинированным способом. Перенос тепла от стенки к газообразной (жидкой) среде или в обратном направлении - теплоотдача. Еще более сложным является процесс передачи тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их поверхность или твердую стенку. Этот процесс носит название теплопередачи.

Протекающие процессы теплообмена могут быть установившимися (стационарными) и неустановившимися (нестационарными).

Расчет теплообменной аппаратуры включает следующее

1. Определение теплового потока, т.е. количества тепла Q, которое должно быть передано за определенное время. Тепловой поток в единицу

времени вычисляется путем составления и решения тепловых балансов

где G₁; и G₂ - масса теплоносителя передающего и воспринимающего теплоту, соответственно в кг;

С_р1 и С_р2 - удельная изобарная теплоемкость теплоносителя передающего и воспринимающего теплоту, соответственно [Дж/кг  град] ;

t₂ , t₁ • конечная и начальная температура теплоносителя передающего теплоту, °С;

t₂‘, t₁’ - конечная и начальная температура теплоносителя воспринимающего теплоту ,°С;

F -поверхность теплообмена соприкасающихся теплоносителей через твердую стенку, м2;

К- коэффициент теплопередачи, [Вт/м² град];

∆y_ср - средняя движущая сила теплопередачи ( средняя разность

температур между теплоносителями), °С.

Определение поверхности теплообмена F является одной из задач в тепловых процессах., которая определяется из уравнения:

.