4.5.2. Тепловіддача при зміні агрегатного стану речовини

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-

163

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;

164

— 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

165

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-

166

сацїї —

, при краплинній — що значно перевищує значення

коефіцієнта тепловіддачі газів та рідин