Теплопередача через криволинейные однослойные и многослойные стенки.

Для криволинейных стенок произведение kF неразделимо и только для плоской стенки вследствие равенства F₁ = F_{m , i} = F₂  = F    это произведение распадается на k и F. Тогда для плоской стенки выражение коэффициента теплопередачи запишется следующим образом;

          Для криволинейных стенок коэффициент теплопередачи принято определять по тому же уравнению, что и для плоской стенки. В этом случае для криволинейных стенок расчетная поверхность теплопередачи определяется из выражения

 

Удельная линейная плотность теплового потока q _l для цилиндрической стенки в условиях теплопередачи является частным выражением основного уравнения

 

где — линейное термическое сопротивление;

 

                  (2.71)

 

В технических расчетах чаще всего приходится решать проблему двух видов: уменьшение тепловых потерь (изоляция поверхности теплообмена) и увеличение количества передаваемого тепла (интенсификация теплопередачи).

46,(47).Оптимизация процессов теплопередачи. Способы интенсификации теплопередачи(Методы снижения теплового потока).

В технических расчетах чаще всего приходится решать проблему двух видов: уменьшение тепловых потерь (изоляция поверхности теплообмена) и увеличение количества передаваемого тепла (интенсификация теплопередачи).

Изоляция криволинейных поверхностей теплообмена имеет свои особенности. Рассмотрим покрытие изоляцией однослойной цилиндрической стенки трубы. В этом случае термическое сопротивление стенки (2.71) перепишется следующим образом:

   (2.72)

Из последнего уравнения видно, что при увеличении толщины изоляции d₃ термическое сопротивление R_lu = 1/(2λ_и) lnd ₃ / d ₂ увеличивается, а термическое сопротивление R_{l 2} = 1/( α ₂ d ₃) уменьшается; термические сопротивления R_{l 1} = 1/( α ₁ d ₁) и R_lc = 1/(2λ _c ) lnd ₂ / d ₁ сохраняют постоянное значение. При этом суммарное термическое сопротивление R _l сначала уменьшается, а затем увеличивается, а удельный линейный тепловой поток q _l в соответствии с предыдущим уравнением, наоборот, сначала возрастает, а потом уменьшается. Диаметр изоляции, при котором суммарное термическое сопротивление имеет минимальное значение, а удельный линейный тепловой поток максимальное, называется критическим (d ₃ = d_кр) и определяется по формуле:                                               

При наложении изоляции на трубу поступают следующим образом: выбрав какой-либо теплоизоляционный материал по известным α ₂ и λ _u рассчитывают d _кр. Если окажется, что d _кр > d ₂, то применение выбранного материала в качестве тепловой изоляции нецелесообразно. Таким образом, для эффективного применения тепловой изоляции необходимо, чтобы d _кр ≤ d ₂, а λ _u ≤ α ₂ d ₂ /2.

Из выражения () следует, что чем больше q, тем больше тепловой поток, т. е. задача интенсификации теплообмена сводится к увеличению удельного теплосъема. Увеличить q можно путем повышения ∆ t и k. Увеличение ∆ t может быть связано с изменением технологии процесса, что не всегда возможно; кроме того, увеличение ∆ t всегда влечет возрастание энергетических затрат и повышение q в этих условиях в каждом конкретном случае решается на основе технико-экономических расчетов. Увеличить k можно за счет повышения коэффициентов теплоотдачи. При этом, как уже говорилось, при большом различии α ₁ и α ₂ коэффициент теплопередачи всегда меньше минимального α. Таким образом, увеличить k и интенсифицировать теплообмен можно двумя путями: при α ₁ << α ₂ или

α ₂ << α ₁ — повышением меньшего коэффициента теплоотдачи; при α ₁ ≈ α ₂ — повышением обоих коэффициентов или любого из них.

Помимо увеличения коэффициентов теплоотдачи интенсифицировать процесс теплопередачи можно за счет оребрения поверхности теплоотдачи. Оребряется та поверхность, со стороны которой αменьше; теоретическим пределом оребрения является равенство термических сопротивлений теплоотдачи 1/(α ₁F₁) = 1/(α ₂F₂) в итоге увеличивается произведение kF и повышается Q.