Интенсификация теплопередачи

Практика эксплуатации тепловых аппарат требует наилучших  условий передачи теплоты от горячего теплоносителя к холодному. Эти условия главным образом зависят от коэффициента теплопередачи. Однако значение численного значения одного коэффициента теплопередачи для исследования процесса теплопередачи недостаточно. Только анализ соотношений всех термических сопротивлений дает возможность сделать правильное заключение и позволяет существенно изменить величину теплового потока. Поясним это на частных примерах.

В правом котле коэффициент теплоотдачи от топочных газов к стенке равен ,а от стенки к кипящей воде ; коэффициент теплопроводности стальной стенки , а ее толщина равна . Стенку считаем плоской. При этих условиях коэффициент теплопередачи ,т.е. он меньше наименьшего .

Если для увеличения коэффициента теплопередачи  улучшить условия теплопередачи от стенки к воде или применять более тонкую стенку из теплопроводного материала, то этими способами увеличить  не удается. Существенно повысить  можно лишь только тогда, когда улучшим передачу теплоты от топочных газов к стенке.

Иначе обстоит дело с аппаратами, в которых коэффициенты  и  велики. Например, в водяном конденсаторе со стороны воды ,а со стороны пара . Если стенку такого конденсатора изготовить из стали толщиной 20 мм, то , если взять стенку толщиной 3 мм, то , а если сталь заменить красной медью и взять стенку толщиной 1 мм, то . Приведенный пример показывает, что при больших значениях коэффициентов теплоотдачи величина коэффициента теплопередачи в значительной степени зависит от теплопроводности стенки.

Таким образом, при излучении условий передачи теплоты в тепловых аппаратах для интенсификации теплопередачи необходимо стремится уменьшить наибольшее сопротивление.

                    

3) Чисто излучающий изотермический плоский слой газа; внешнее излучение отсутствует. Интенсивность излучения, выходящая с поверхности плоского слоя  по нормали к поверхности, определяется процессами собственного излучения всех слоев газа с учетом поглощения собственного излучения в объеме газа
(3)
Из (3) следует, что спектральная интенсивность собственного излучения оптически толстого слоя газа ( >>1) приближается к излучению абсолютно черного тела.

Если излучающий газовый объем содержит твердые частицы (золы, угля и т.д.), то в объеме газа происходит рассеяние излучения. При этом одновременно спектр излучения газа с частицами становится более заполненным, так что известным приближением такой запыленный поток часто можно трактовать как «серый газ». Если при этом средняя длина пробега фотонов 1/ (где  - коэффициент поглощения «серого» газа, или точнее, коэффициент ослабления в рассеивающей среде) оказывается малой по сравнению с характерными размерами излучающего газового объема, то для описания переноса излучения оправдано приближение диффузии излучения.

                                                 (4)

 

В инженерной практике приходится рассчитывать процессы переноса теплоты при совместном действии излучения и теплопроводности, или излучения, теплопроводности и конвекции.

Действительный механизм такого процесса таков, что строгое рассмотрение должно учитывать одновременно все виды переноса энергии в каждом элементарном объеме системы. Ввиду крайней сложности явления существующие решения получены для систем с простой геометрией границ (плоский слой газа и т.д.) и при целом ряде допущений в отношении оптических и теплофизических свойств газа и стенок. При рассмотрении ответственных конструкций следует ориентироваться на экспериментальные данные.

Оценочные расчеты можно проводить на основе принципа аддитивности: отдельно и независимо вычислять тепловые потоки вследствие излучения и теплопроводности или конвективного теплообмена и результаты суммировать.

Это означает, что кондуктивно-радиационных задачах

(5)

В конвективно-радиационных задачах

(6)

Где , ,  - плотность теплового потока за счет лучистого теплообмена, теплопроводности и конвекции.

Соотношения (5) и (6) удовлетворяют условиям предельного перехода (когда один из видов переноса доминирует, (5) и (6) дают правильный результат), но в области соизмеряемого влияния разных механизмов переноса теплоты оказываются приближенными.

 

 

Приложение II

Примеры решения задач.