Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Формула теплопередачи

Теплопередача. Основные формулы передачи теплоты и законы.

Теплопередача. Основные формулы передачи теплоты и законы.

Теплопередача (теория теплообмена) - называется наука изучающая процессы передачи теплоты между телами, распространение теплоты в пространстве и распределение температуры в твердых, жидких и газообразных телах.

Три основные формы передачи теплоты: теплопроводность, конвективный теплообмен и лучистый теплообмен.

Теплопроводность представляет собой форму распространения теплоты путем непосредственного соприкосновения отдельных частиц тела, имеющих различную температуру. При этом процесс теплообмена происходит за счет передачи энергии микродвижения одних частиц другим

Конвективным теплообменном называется форма переноса теплоты, в пространстве, осуществляемая перемещающимися частицами жидкости (капельная жидкость или газ). При перемещении в пространстве различно нагретых частиц жидкости происходит непосредственное их соприкосновение, поэтому здесь имеет место теплопроводность. Следовательно конвективный теплообмен представляет собой совокупное действие двух процессов – конвекции и теплопроводности.

В зависимости от причины вызывающей движение жидкости, различают конвективный теплообмен при свободном движении жидкости (свободная конвекция) и конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости (вынужденная конвекция).

Тепловым излучением называется процесс переноса теплоты в пространстве электромагнитными волнами.

Лучистым теплообменом, или тепловым излучением называется форма передачи теплоты излучением между телами, который включает последовательное превращение внутренней энергии тела в энергию излучения, распространение ее в пространстве и превращение энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела.

Температурное поле

Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек пространства, определяемых координатами

Температурный градиент

Если соединить точки тела, имеющие одинаковую температуру, получим поверхность равных температур, называемую изотермической. Изотермической поверхностью тела называется геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру.

Температурный градиент есть вектор направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры и численно равный пределу отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормали (К/м)

Тепловой поток

Количества теплоты Q , проходящее в единицу времени через изотермическую поверхность F , называется тепловым потоком. Тепловой поток, приходящийся на единицу поверхности, называется удельным тепловым потоком, плотностью теплового потока или тепловой нагрузкой поверхности q.

Если градиент температуры для различных точек поверхности различный, то количество теплоты через всю изотермическую поверхность в единицу времени равно

, где Q – тепловой поток, Вm; dF – элемент изотермической поверхности, м.

Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Необходимым условием распространения теплоты являетсянеравномерность распределения температуры в рассматриваемой среде. Таким образом, для передачи теплоты теплопроводностью необходимо неравенство нулю температурного градиента в различных точках тела.

Закон Фурье:

Согласно закону Фурье количество теплоты проходящий через элемент изотермической поверхности

,

где – коэффициент пропорциональности есть физический параметр вещества и называется коэффициентом теплопроводности, Вт/(м·°C); – элементарная площадь поверхности теплообмена, м2; – временной промежуток, сек.

Количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности , называется плотностью теплового потока.

Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. Основные понятия.

Дифференциальное уравнение теплообмена получается при рассмотрении передачи теплоты теплопроводностью через, практический, неподвижный слой жидкости (пограничный слой), который имеет место вблизи твердого тела, омываемого жидкостью (

Дифференциальное уравнение энергии при условии однородности и несжимаемости жидкости, отсутствия внутренних источников теплоты и работы расширения, а также постоянства физических параметров жидкости в пределах элементарного объема формулируется следующим образом:

Дифференциальное уравнение неразрывности получается на основе закона сохранения массы и, для сжимаемой жидкости имеет следующий вид:

Уравнение движения (уравнение Навье-Стокса) получается на базе первого и второго законов Ньютона и в векторной форме записи можно представить в виде

Понятия о теории подобия.

Для подобия физических процессов необходимо говорить о подобии физических величин и явлений. Два или несколько явлений будут подобны, если подобны все физические величины, характеризующие эти явления, т.е. подобные между собою явления имеют одинаковые безразмерные комплексы - критерии подобия. Этот вывод свидетельствует о том, что в опытах нужно измерять те величины, которые входят в критерии подобия, характеризующие данный процесс.

Важной теоремой теории подобия является утверждение о том, что решение дифференциального уравнения, описывающего данный процесс, может быть представлено в виде функциональной зависимости между критериями подобия, характеризующими этот процесс и полученными из исходного уравнения. Это утверждение говорит о том, опытные данные надо обработать в виде зависимости между критериями подобия.

Наряду с приведенными выше двумя теоремами подобия, важным является и утверждение о том, что подобны между собой те явления, которые принадлежат к одному классу, к одному роду и имеют равные определяющие критерии подобия. Этот вывод позволяет полученные в опыте расчетные зависимости распространить на группу явлений, подобных исследованному.

Таким образом, теория подобия, при наличии дифференциальных уравнений, описывающих рассматриваемый процесс, позволяет, не решая сами уравнения, получить выражения чисел (критериев) подобия и на их основе получить расчетные зависимости – уравнения подобия.

Теплообмен при кипении.

Опыт показывает, что температура кипящей жидкости всегда несколько выше температуры кипения ts. Она остается почти постоянной в направлении от свободного уровня к поверхности теплообмена (рис. 14) и лишь в слое толщиной 2 – 5 мм у самой стенки резко возрастает. Следовательно, в прилегающем к стенке слое жидкость перегрета на Δt=t – ts; эта величина называется температурным напором.

В начале кипения -область А (Рис. 15) при Δt = 0 - 5 ºС, q= 100 – 5600 Вт/м2 значение коэффициента теплоотдачи невелико и определяется условиями свободной конвекции однофазной жидкости.

При дальнейшем кипении и повышении Δt значения коэффициентов теплоотдачи и q резко увеличиваются и при Δt =25 ºС достигают своего максимального значения: αкр=5,85·104 Вт/(м2·К), qкр=1,45·106Вт/м2. Эту область, обозначенной на рис. 15 буквой В, называют областью пузырькового кипения.

Последующее повышение Δt приводит к еще более интенсивному

процессу образования пузырьков на твердой поверхности. Сливаясь затем между собой, они образуют общую паровую пленку. Образование паровой пленки приводит к резкому снижению интенсивности теплообмена между поверхностью и жидкостью, вследствие большого термического сопротивления пленки. Эта область, обозначена на рис. 15 буквой С и называется переходной областью. Следует отметить, что паровая пленка в этой области неустойчива.

При дальнейшем увеличении перепада температур образовавшаяся на поверхности пленка становится устойчивой, интенсивность теплообмена продолжает падать. При некотором значении перепада температур процесс теплообмена стабилизируется, а коэффициент теплоотдачи имея при том минимальное значение, не зависит от перепада температур. Эта область обозначена на рис. 15 буквой D и называется областью пленочного кипения.

В практических расчетах пузырькового кипения воды удобно пользоваться следующими уравнениями:

(141)

(142)

Зависимости (141) и (142)действительны в диапазоне давлений от 0,1 до 5 МПа.

При пузырьковом кипении фреона 12 в диапазоне температур от – 40 до 10 ºС для определения α рекомендуется формула

При кипении фреона 11 может быть использована зависимость

(144)

В этих уравнениях q – в Вт/м2, р – в МПа, коэффициент теплоотдачи – Вт/(м2·К). При вынужденном турбулентном движении кипящей жидкости в трубах теплоотдача осуществляется по-разному. Если обозначить коэффициент теплоотдачи, полученный по формуле (141), αq, а коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по уравнению подобия для однофазной жидкости (130 ), αw, то, как показывают опыты, при αq /αw<0,5 коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении движущейся воды в трубе α=αw а при αq/αw>2; α=αq. В области 0,5 ≤ αq/αw ≤2 коэффициент теплоотдачи определяют по формуле

(145)

При пленочном кипении средний коэффициент теплоотдачи определяется следующим образом:

на вертикальной поверхности

где λп – коэффициент теплопроводности пара при температуре насыщения;

μп – динамический коэффициент вязкости пара при температуре насыщения; h – высота стенки,

на горизонтальном цилиндре

, (147)

где d – наружный диаметр цилиндра; ρ – плотность жидкости при температуре насыщения.

Теплопередача. Основные формулы передачи теплоты и законы.

Теплопередача (теория теплообмена) - называется наука изучающая процессы передачи теплоты между телами, распространение теплоты в пространстве и распределение температуры в твердых, жидких и газообразных телах.

Три основные формы передачи теплоты: теплопроводность, конвективный теплообмен и лучистый теплообмен.

Теплопроводность представляет собой форму распространения теплоты путем непосредственного соприкосновения отдельных частиц тела, имеющих различную температуру. При этом процесс теплообмена происходит за счет передачи энергии микродвижения одних частиц другим

Конвективным теплообменном называется форма переноса теплоты, в пространстве, осуществляемая перемещающимися частицами жидкости (капельная жидкость или газ). При перемещении в пространстве различно нагретых частиц жидкости происходит непосредственное их соприкосновение, поэтому здесь имеет место теплопроводность. Следовательно конвективный теплообмен представляет собой совокупное действие двух процессов – конвекции и теплопроводности.

В зависимости от причины вызывающей движение жидкости, различают конвективный теплообмен при свободном движении жидкости (свободная конвекция) и конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости (вынужденная конвекция).

Тепловым излучением называется процесс переноса теплоты в пространстве электромагнитными волнами.

Лучистым теплообменом, или тепловым излучением называется форма передачи теплоты излучением между телами, который включает последовательное превращение внутренней энергии тела в энергию излучения, распространение ее в пространстве и превращение энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела.

Температурное поле

Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек пространства, определяемых координатами называется температурным полем

Температурный градиент

Если соединить точки тела, имеющие одинаковую температуру, получим поверхность равных температур, называемую изотермической. Изотермической поверхностью тела называется геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру.

Температурный градиент есть вектор направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры и численно равный пределу отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормали (К/м)

Тепловой поток

Количества теплоты Q , проходящее в единицу времени через изотермическую поверхность F , называется тепловым потоком. Тепловой поток, приходящийся на единицу поверхности, называется удельным тепловым потоком, плотностью теплового потока или тепловой нагрузкой поверхности q.

Если градиент температуры для различных точек поверхности различный, то количество теплоты через всю изотермическую поверхность в единицу времени равно

, где Q – тепловой поток, Вm; dF – элемент изотермической поверхности, м.

infopedia.su

Коэффициент теплопроводности, формула и примеры

Определение и формула коэффициента теплопроводности

Коэффициентом теплопроводности является физическая величина, которая характеризует способность вещества проводить тепло.

Обозначают коэффициент теплопроводности по-разному. Встречаются обозначения: K, и некоторые другие.

Коэффициент теплопроводности газа

В соответствии с кинетической теорией для газа коэффициент теплопроводности равен:

где — средняя скорость теплового движения молекул, — средняя длин свободного пробега молекулы, — плотность газа, — удельная теплоемкость газа в изохорном процессе.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металлы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность в металлах реализуется при помощи (в основном) посредством того, что энергию переносят свободные электроны. Коэффициент электронной теплопроводности металлов вычисляют при помощи формулы:

где — постоянная Больцмана, — концентрация электронов в металле, — длина свободного пробега, которая соответствует границе энергии Ферми () для распределения электронов по температурам при T=0K, — масса электрона, — средняя скорость свободного пробега для тех же условий, что и .

Для идеального электронного газа выражение (2) преобразуется к виду:

где — средняя длина свободного пробега, — средняя скорость теплового движения электронов.

Надо отметить, что теплопроводность, которая осуществляется кристаллической решеткой металлов существенно меньше, чем электронная. Ее можно рассчитать для кристаллов, рассматривая перемещение фотонов по кристаллу, при помощи формулы:

где с — теплоемкость единицы объема, — скорость звука, — длина свободного пробега фотона

Коэффициент теплопроводности и уравнение Фурье

Коэффициент теплопроводности входит в основное уравнение, которое описывает явление переноса тепла или уравнение Фурье. Явление теплопроводности появляется , если имеется градиент температуры. В одномерном стационарном случае уравнение Фурье можно записать как:

где помимо коэффициента теплопроводности () имеются: — количество теплоты, которое переносится через площадку в направлении, которое совпадает с направлением нормали к , в направлении уменьшения температуры, — градиент температуры. В нашем случае

Единицы измерения

Основной единицей измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ является:

=Вт/м•К

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Теория теплообмена в наших теплообменниках

Тема: Теория производства теплообменников

Из школьного курса физики известно, что теплообмен является необратимым переносом тепловой энергии в виде тепла между зонами внутри тела с всевозможными температурами или телами. Теория теплообмена основана на втором законе термодинамики, по которому тепло перемещается в строну меньшего показателя температуры. В широком понимании перенос тепла может стимулироваться разнородностью полей прочих физических величин, к примеру, градиентом концентраций.

Наш завод производит различные теплообменные аппараты и поэтому мы используем данную теорию на практике.

Тепловой обмен оказывает влияние на химические и массообменные процессы и присутствует при кипении, охлаждении, нагревании, выпаривании, конденсации, кристаллизации, сушке. Движущиеся среды, принимающие участие в тепловом обмене и интенсифицирующие теплообмен называют теплоносителями. Ими могут быть пар, жидкость, газ, сыпучие материалы.

Различают два главных способов осуществления тепловых процессов: теплоотдача и теплопередача. В первом случае тепловой обмен происходит между оболочкой раздела фаз и тепловым носителем. При теплопередаче теплом обмениваются два носителя тепла или иные среды через межфазную жидкость или разделяющую стенку.

Различают несколько механизмов распространения теплоты:

• Конвективный перенос;
• Теплопроводность;
• Лучистый перенос.

Формула теплообмена

Во многих случаях конвективного переноса теплоты, когда важно лишь передвижка внутренней энергии, а передвижкой других видов энергий можно пренебречь, густота теплового потока конвекцией равна:

qt=wrCT,

где w- вектор быстроты текучей среды;

C – теплоемкость среды;

r – плотность среды;

Т – температура среды.

Во многих случаях значения теплоемкость, температуры, плотности и вектора скорости таковы, что конвективный перенос в направлении движении преобладает над теплопроводностью, но при малых скоростях движения, к примеру, в расплавах металла, может отмечаться обратное соотношение. Быстрота вязких жидкостей стремится к нулевой по мере их подхода к твердой поверхности. Конвективный перенос отсутствует при ламинарном порядке течения в противоположном поперечному движению направлении.

При турбулентном порядке перенос теплоты осуществляется специфически. Он физически отвечает конвективному, но по форме записи – теплопроводности. Турбулентность широко используется в трубках пвт в отличии от оребренной трубы где используется формула передачи тепла от газа к жидкости.

В случае теплопроводности энергия переносится в результате взаимодействия микрочастиц и их теплового движения. В чистом виде её можно встретить в твердых телах без внутренних пор, в неподвижных слоях жидкости, парах и газах. Для теплопроводности формула теплообмена такова:

qt=-lgradT,

где l-константа тепловой проводимости вещества, охарактеризовывающая его дар проводить тепло, Вт/(м•К).

Скорость теплообмена

Скорость теплообмена зависит от разности температур и плотности контактирующих веществ. В зaвисимости от того, каким именно способом передаётся тепло, этот показатель будет разным.

Механизмы теплообмена

1. Теплопроводность.

Экспериментальным методом было установлено, что переданное посредством теплопроводности первому телу от второго тела количество теплоты можно найти так:

Q=λ/H*(tS)(T2-T1),

Здесь формуле:

t — время теплопередачи, S — площадь контактируемой поверхности, Н — толщина слоя материала, через который проходит тепло, Т1 и Т2 — температуры тел, которые обмениваются температурами.

На этом лекция закончена, а вы можете посмотреть теплообменники нашего производства.

Кроме теплообменников на нашем заводе вы сможете заказать мотор редуктор вертикальный и водомасляный охладитель.

Материал по теме

1. Терморегуляция теплообмена.

Летнего вам настроения и заказывайте теплообменники на Уральском заводе МеталлЭкспортПром!

www.ural-mep.ru

Формула - теплообмен - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Формула - теплообмен

Cтраница 1

Формула теплообмена ( 6 - 98) требует еще одной оговорки. Переход к другим случаям очень прост.  [2]

Формула теплообмена ( 5 - 145) может быть усовершенствована, если выразить в ней разность энтальпий через температуры и базовые энтальпии компонентов.  [3]

Как мы видим, формулы теплообмена для жидких металлов значительно проще формул для обычных жидкостей и газов. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, физические параметры металлов принимаются независимыми от температуры и, во-вторых, благодаря высокой интенсивности теплообмена температурный напор обычно мал.  [4]

Для вариантных расчетов использованы формулы теплообмена и сопротивления, полученные непосредственно из экспериментальных данных ( см. табл. 2 и 4) Вариантные расчеты теплообменника были выполнены на основе режимных данных, приведенных на фиг.  [5]

Значение еп определяется по формуле теплообмена между двумя поверхностями, из которых одна окружает другую.  [6]

Одной из наиболее надежных является формула теплообмена при турбулентном течении в цилиндрической трубе круглого сечения.  [7]

Теплоотдачу первой зоны рассчитывают по формулам конвек-вного теплообмена.  [8]

Все эти данные позволяют в результате определить по формуле теплообмена ( 4 - 9) необходимые поверхности нагрева экономайзера и воздухоподогревателя.  [9]

Если преобладающим является процесс теплового излучения, то расчеты переноса теплоты ведут по формуле теплообмена излучением.  [10]

В) начинается поверхностное кипение, которое до некоторых пор допускает расчет по формулам однофазного теплообмена [ формула ( IV-2) ] с некоторым запасом по поверхности нагрева. Температура стенки практически перестает меняться, температура потока продолжает расти вплоть до температуры насыщения ( точка С), и температурный напор между поверхностью и потоком практически сохраняется на некотором протяжении постоянным.  [12]

Если же слой газа, протекающего вдоль плоской стенки, велик, то рассмотренные выше формулы теплообмена в трубе неприменимы и приходится прибегать к специальным формулам для теплоперехода от плоских стенок.  [13]

Если же слой газа, протекающего вдоль плоской стенки, велик, то рассмотренные выше формулы теплообмена в трубе неприменимы и приходится прибегать к специальным формулам для теплоотдачи от плоских стенок.  [14]

Если же слой газа, протекающего вдоль плоской стенки, велик, то рассмотренные выше формулы теплообмена в трубе - неприменимы и приходится выводить специальные формулы теплоотдачи от плоских стенок.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

• 
  Как кран работает
• 
  Психофизиология автошкола
• 
  Кран паровой
• 
  Самоходный виброкаток
• 
  Самоходный скрепер
• 
  Скания грузоподъемность
• 
  Типы складов
• 
  Самоходные краны
• 
  Состав аккумуляторная кислота
• 
  Монтаж и демонтаж это
• 
  Паровой кран