|
|
29 Сложный теплообмен в печах. Суммарный коэффициент теплоотдачи
№ 29 Сложный теплообмен в печах. Суммарный коэффициент теплоотдачи
Теплообмен в пламенных печах представляет собой весьма сложный процесс, который складывается из теплоотдачи излучением и конвекцией. В высокотемпературных печах с рабочей температурой более 750 - 800 °С преобладает теплообмен излучением, в низкотемпературных печах с рабочей температурой менее 400 - 450 °С преобладает конвекция, в промежуточной области одинаково значимую роль играют оба вида теплообмена.
В связи с тем, что в сложном теплообмене главную роль играет радиационный теплообмен, то различают радиационно-кондуктивный и радиационно-конвективный виды теплообмена.
Радиационно-кондуктивный теплообмен представляет собой процесс теплообмена, в котором имеют место только теплопроводность и излучение.
Радиационно-конвективный теплообмен представляет собой процесс теплообмена, в котором имеют место только конвекция и излучение.
Т/об излучением происходит посредством электромагнитных волн. Электромагнитные волны распространяются прямолинейно со скоростью света и подчиняются оптическим законам преломления, поглощения, отражения. Тепловое излучение помимо волновых свойств обладает корпускулярными свойствами: энергия излучается телом не непрерывно, а отдельными порциями – квантами и фотонами. Следовательно, излучение обладает корпускулярно-волновым дуализмом: энергия и импульс сосредоточены в фотонах, а вероятность их нахождения в пространстве обусловлена волновой механикой. Поэтому процессы излучения и поглощения энергии описываются законами квантовой механики, а процессы распространения энергии – законами волновой теории распространения электромагнитных колебаний.
 Радиационно-кондуктивный теплообмен
В качестве примера рассмотрим течение прозрачного газа в нагретой трубе с черной внутренней поверхностью (рис. 4.4). Труба имеет тонкие стенки, наружная поверхность которых идеально изолирована. Стенки трубы равномерно нагреваются. Коэффициент конвективной теплоотдачи к газу предполагается постоянным. Средняя скорость газа V , теплоемкость ср и плотность - величины постоянные.
 Рассмотрим уравнение баланса энергии для кольцевого элемента внутренней поверхности трубы длиной dX в точке X :
Предполагается, что окр. среда оказывает такое же действие, как черные диски, имеющие заданные температуры соответственно на входе Тr,1 и выходе Тr,2
Также предполагается, что окружающая среда на входе и выходе имеет температуру входящего Tg 1 и выходящего Tg 2 газа.
№ 30 Тройная аналогия (перенос импульса, теплоты и вещества)
Тройная аналогия устанавливает аналитическую связь между безразмерными коэффициентами трения, теплообмена и массообмена. Тройная аналогия имеет место при вынужденном конвективном движении (pg = 0) безградиентном течении (др/дх = 0) и при условии Рг = Le= 1.
- связь между числом Прандтля и Льюиса (Le) через число Шмидта(Sc). Число Льюиса-отношение интенсивностей диффузионного и кондуктивного переноса энергии).
Ч исло Шмидта как отношение переноса импульса к переносу вещества диффузией в бинарной смеси газов:
D12-коэффициент бинарной диффузии.
Тройная аналогия:
Уравнения движения, энергии и диффузии :
Уравнения движения, энергии и диффузии становятся тождественными при условии Pr =Le=1. И поскольку Pr =Le=1, то 
Уравнения тождественны по переменным t, mi и wx. Если при этом имеется подобие граничных условий, то существует подобие температурных, концентрационных и скоростных полей – в этом и заключается тройная аналогия.
Диффузионное число подобия Стантона рассчитывается:
Число Шервуда (Sh) (также называемое массопереносным числом Нуссельта)
При тройной аналогии:
* где сf – безразмерный коэффициент трения.
-это связь между диффузией, теплоотдачей и трением (именно в таком порядке!)
Из уравнения * получают частные аналогии:
  № 31 Теплообмен при кипении жидкости
 
 
 № 32 Теплообмен при конденсации пара
Конденсация паров может происходить в объеме и на поверхности. Если пар соприкасается с поверхностью, температура которой меньше температуры насыщения tн , то на этой поверхности появляется конденсат в виде пленки или капель.
Конденсация в том случае, когда на поверхности теплообмена образуется пленка, называется пленочной. Она происходит тогда, когда конденсат смачивает поверхность теплообмена. Если же конденсат не смачивает поверхность теплообмена, то происходит капельная конденсация.
Как правило, при конденсации водяного пара имеет место пленочная конденсация, при конденсации же паров ртути - капельная конденсация. В этом случае теплоотдача намного интенсивнее.
Движение пленки конденсата на поверхности теплообмена может быть ламинарным или турбулентным. Переход от ламинарного к турбулентному течению пленки происходит при числе Re 400.
Число Рейнольдса для пленки подсчитывается по формуле:
Rе = w δ / ν
где w— средняя скорость течения пленки конденсата в рассматриваемом сечении;
δ - толщина пленки в этом сечении; ν- коэффициент кинематической вязкости конденсата.
При конденсации сухого насыщенного пара на вертикальных поверхностях (трубы, стенки) и при ламинарном режиме течения пленки средний коэффициент теплоотдачи находится по формуле
- поправка на переменность теплофизических свойств конденсата;
Δt = t — t температурный напор;
 Н — высота стенки или же длина трубы.
Безразмерный комплекс Z вычисляется по формуле:
где число Галилея Ga = g Н3 / ν 2
При пленочной конденсации сухого насыщенного пара на горизонтальных трубах (ламинарное течение пленки конденсата) средний по периметру трубы коэффициент теплоотдачи можно также определить по формуле:
 R-радиус трубы |
|
|
Скачать 1.4 Mb.
; 
– 
; 
– подобны скоростные и концентрационные поля;
; 
– подобны температурные и концентрационные поля.