Основы теплопередачи. Тепловые балансы. Теплопроводность

Здесь – энтальпия греющего пара, а – температура образовавшегося конденсата.

При температуре, конденсата равной температуре насыщения пара ()

(r – удельная теплота конденсации).

Следовательно,

.                         (15.6)

В более общем случае греющий пар может быть перегрет до температуры , а образовавшийся конденсат переохлажден до температуры .

Тогда общее количество выделившегося тепла будет включать три составляющих:

1) количество тепла, выделившееся при охлаждении пара до температуры насыщения :

, где  – энтальпия перегретого пара;

2) количество тепла, выделившееся при конденсации насыщенного пара:

;

3) количество тепла, выделившееся при переохлаждении конденсата:

.

В итоге тепловой баланс в этом общем случае:

либо . (15.7)

При испарении холодного теплоносителя тепло расходуется на его подогрев до температуры насыщения в количестве  и на парообразование  ( – удельная теплота парообразования холодного теплоносителя). Тепловой баланс:

               (15.8)

Если в качестве горячего теплоносителя при испарении холодного используется пар, то тепловой баланс выражается в виде равенства

,                  (15.9)

а при теплообмене между конденсирующимся паром (без переохлаждения конденсата) и кипящей жидкостью:

                                 (15.10)

Возможны и другие сочетания, выражающие баланс тепловых потоков. Однако, следует отметить, что во всех случаях, когда необходимо учитывать потери тепла в окружающую среду, к правой части равенств добавляют Q_пот.

Пользуясь приведенными выше выражениями тепловых балансов и подобными им зависимостями, можно при прочих известных величинах рассчитать неизвестные потоки теплоносителей, одну из температур или тепловой поток Q.

15.3. Теплопроводность

15.3.1. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности

Теплопроводностью называют процесс переноса тепла, который целиком обусловлен обменом энергией между микрочастицами тела (среды), непосредственно соприкасающимися друг с другом.

В практических условиях, как уже указывалось, теплопроводность в наиболее чистом виде наблюдается в твердых телах. В жидкостях и газах возможность чистой теплопроводности практически исключается, так как в этом случае перенос теплоты осуществляется не только микрочастицами, но и макрочастицами среды (которые по размерам во много раз превосходят длины свободного пробега микрочастиц или амплитуду их колебаний), организующими перемещение жидкостей и газов.

В основе теории теплопроводности лежит закон Фурье, связывающий количество переносимой внутри тела теплоты с существующим температурным полем. Согласно этому закону количество тепла , переданное посредством теплопроводности, пропорционально падению температуры по нормали , времени  и площади сечения , перпендикулярного направлению распространения тепла:

                                 (15.11)

либо                           .

Величины  и  имеют тот или иной знак в зависимости от принятого