Повний математичний опис конвективного теплообміну повинен додатково включати додаткові рівняння, що враховують умови теплообміну на границі між роздільною стінкою та теплоносієм.
Як відзначалося вище, на границі розділення фаз (біля стінки) завжди формується приграничний підшарок, у якому тепло поширюється теплопровідністю (див. рис. 3.1), при цьому питомий тепловий потік дорівнює
(3.7)
При конвективному перенесенні тепла від гарячого теплоносія до стінки питомий тепловий потік дорівнює
(3.8)
Для сталого процесу тепловіддачі питомі теплові потоки рівні, отже
(3.9)
Рівняння (3.9) описує умови теплообміну на межі поділу між гарячим теплоносієм і стінкою.
Отримана система диференціальних рівнянь (3.6) – (3.9) конвективного теплообміну в загальному вигляді не вирішується, вона може бути розв’язана тільки для деяких найпростіших випадків при введенні ряду допущень, що спрощують умови проходження процесу.
У розрахунковій практиці в основному використовують критеріальні рівняння конвективного теплообміну, отримані в результаті використання теорії подібності та обробки і узагальнення експериментальних даних у формі критеріальних залежностей, що поширюються на групу, що проходять подібно.
РОЗДІЛ 4
КОНВЕКТИВНИЙ ТЕПЛООБМІН ПРИ ЗМІНІ АГРЕГАТНОГО СТАНУ ТЕПЛОНОСІЇВ
4.1 Особливості процесів зміни агрегатного стану теплоносіїв
Процеси перенесення тепла від теплоносіїв, що змінюють свій агрегатний стан, знайшли надзвичайно широке застосування в багатьох галузях промисловості: енергетичній (атомні й теплові електростанції), хімічній та нафтохімічній (випарювання, дистиляція, ректифікація, холодильні й газорозділюючі процеси), харчовій та багатьох інших. Особливістю таких процесів є те, що при їх використанні передаються значно більші питомі теплові потоки у невеликих об'ємах теплообмінної апаратури [14, 19, 26].
Не розглядаючи процеси зміни агрегатного стану у твердій фазі (плавлення і кристалізація), розглянемо теплообмін у системах пар (газ) – рідина при фазових переходах конденсація – випаровування.
Конденсацією (від латинського condensatio – згущення) називається процес переходу речовини з парової (газоподібної) фази в рідину при певних рівноважних параметрах – температурі й тиску.
Конденсацію пароподібної речовини можна викликати зниженням температури (при постійному тиску), підвищенням тиску (при постій-ній температурі) або зміною обох параметрів. Конденсація відбувається на холодних поверхнях або на краплях рідини, температура яких нижча від температури фазової рівноваги. При конденсації відбувається змен-шення об'єму пари (газу) у кілька сотень разів, відповідно відбувається збільшення густини речовини. Якщо конденсація пари відбувається в замкнутому об'ємі, то в ньому створюється розрідження (вакуум). Конденсація супроводжується виділенням теплоти та відведенням її до холодної стінки або холодного теплоносія, у цьому випадку речовина, що конденсується, є гарячим теплоносієм.
Випаровування (пароутворення) – процес переходу речовини з рідкого стану в пароподібний (газоподібний), що супроводжується підведенням тепла до пароутворювального середовища із зовнішніх джерел і проходить при температурах, що вищі від рівноважних для даного тиску. При випарюванні відбувається збільшення питомого об'єму парової фази, що утворюється, у кілька сотень разів. Парова рідина вимагає підведення тепла й у цьому випадку є холодним теплоносієм.
Теплота, що виділяється одним кг парогазоподібної речовини (теплоносія) при її конденсації, називається питомою (схованою) теплотою конденсації, теплота, що необхідна для випаровування 1 кг теплоносія, називається питомою (схованою) теплотою випарювання.
Для тієї самої речовини при рівноважних значеннях температури й тиску питомі теплоти випарювання й конденсації однакові.
У хімічній технології використовується також процес сублімації – випаровування твердого тіла без утворення рідкої фази або конденсація пари при безпосередньому переході її в твердий стан [34].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.