Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогична как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу (рис.12.2) с теплопроводностью l, внутренний диаметр d1, наружный диаметр d2, длина l. Внутри трубы находится горячая среда с температурой t'ж, а снаружи холодная среда с температурой t''ж.
Количество теплоты, переданной от горячей среды к внутренней стенке трубы по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:
Q = p·d1·a1·l·(t'ж – t1), (12.9)
где a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки• с температурой t1;
Тепловой поток, переданный через стенку трубы определяется по уравнению:
Q = 2·p·l·l·(t1 – t2) / ln (d2/d1). (12.10)
Тепловой поток от второй поверхности стенки трубы к холодной среде определяется по формуле:
Q = p·d2·a2·l·(t1 - t''ж), (12.11)
где a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.
Решая эти три уравнения получаем:
Q = p l·(t'ж – t''ж) • К, (12.12)
где Кl = 1/[1/(a1d1) + 1/(2lln(d2/d1) + 1/(a2d2)] – (12.13)
- линейный коэффициент теплопередачи,
или Rl = 1/ Кl = [1/(a1d1) + 1/(2lln(d2/d1) + 1/(a2d2)] – (12.14)
- полное линейное термическое сопротивление
теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку.
1/(a1d1), 1/(a2d2) – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки;
1/(2lln(d2/d1) - термическое сопротивление стенки.
Для многослойной (n слоев) цилиндрической стенки полное линейное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:
Rl = 1/ Кl = [1/(a1d1) + 1/(2l1ln(d2/d1) + 1/(2l3ln(d3/d2) + …
+ 1/(2lnln(dn+1/dn) + 1/(a2dn)] – (12.15)
35. 12.3. Типы теплообменных аппаратов.
Теплообменным аппаратом называют всякое устройство, в котором одна жидкость — горячая среда, передает теплоту другой жидкости - холодной среде. В качестве теплоносителей в тепловых аппаратах используются разнообразные капельные и упругие жидкости в самом широком диапазоне давлений и температур. По принципу работы аппараты делят на регенеративные, смесительные и рекуперативные.
В регенеративных аппаратах горячий теплоноситель отдает свою теплоту аккумулирующему устройству, которое в свою очередь периодически отдает теплоту второй жидкости - холодному теплоносителю, т. е. одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью.
В смесительных аппаратах передача теплоты от горячей к холодной жидкости происходит при непосредственном смешении обеих жидкостей, например смешивающие конденсаторы.
Особенно широкое развитие во всех областях техники получили рекуперативные аппараты, в которых теплота от горячей к холодной жидкости передается через разделительную стенку. Только такие аппараты будут рассмотрены в дальнейшем.
Теплообменные аппараты могут иметь самые разнообразные назначения — паровые котлы, конденсаторы, пароперегреватели, приборы центрального отопления и т. д. Теплообменные аппараты в большинстве случаев значительно отличаются друг -от друга как по своим формам и размерам, так и по применяемым в них рабочим телам. Несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов, основные положения теплового расчета для них остаются общими.
В теплообменных аппаратах движение жидкости осуществляется по трем основным схемам.
Если направление движения горячего и холодного теплоносителей совпадают, то такое движение называется прямотоком (рис.12.3,а).
Если направление движения горячего теплоносителя противоположно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется противотоком (рис.12.3,б). Если же горячий теплоноситель движется перпендикулярно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется перекрестным током (рис.12.3,в). Кроме этих основных схем движения жидкостей, в теплообменных аппаратах применяют более сложные схемы движения, включающие все три основные схемы.