Лекция 11
Автор Моргунова Е.П.
Теплопередача в поверхностных теплообменниках
В поверхностных теплообменниках перенос тепла от более нагретого к менее нагретому теплоносителю происходит через разделяющую их стенку. В некоторых теплообменных аппаратах температура теплоносителей не меняется вдоль поверхности теплопередачи (например, испарители, в которых более нагретый теплоноситель конденсируется при постоянной температуре, а менее нагретый кипит при постоянной температуре). В основе расчета поверхности таких теплообменников лежит основное уравнение теплопередачи:
Движущая сила 
, в данном случае определяется как разница между температурой конденсации и температурой кипения теплоносителей.
Значительно чаще встречаются теплообменные аппараты в которых температуры теплоносителей изменяются вдоль поверхности теплообменников (например, подогреватели, холодильники, конденсаторы и др.) Основное уравнение теплопередачи в этом случае имеет вид:
Расчет средней движущей силы 
при переменных температурах теплоносителей будет рассмотрен ниже.
Рассмотрим перенос тепла от более нагретого к менее нагретому теплоносителю в поверхностных теплообменниках. Тепловой поток Q пропорционален движущей силе , поверхности теплопередачи F и обратно пропорционален общему термическому сопротивлению R (рис.1).
, где К – коэффициент теплопередачи.
Общее термическое сопротивление можно представить в виде суммы сопротивлений отдельных стадий переноса тепла:
Рис.1. Перенос тепла через стенку в поверхностных теплообменниках.
- сопротивление теплоотдачи со стороны более нагретого теплоносителя;
- коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке;
- сопротивление стенки;
; 
и 
- теплопроводность стенки и её толщина;
- сопротивление теплоотдачи со стороны менее нагретого теплоносителя;
- коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю
Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей.
Уравнение аддитивности термических сопротивлений.
Определим количество тепла, передаваемого в единицу времени от более нагретого теплоносителя 
к менее нагретому 
через многослойную стенку (рис. 2) при установившемся процессе. Предположим, что стенка состоит из двух слоев: первого слоя толщиной 
и теплопроводностью 
и второго слоя толщиной 
и теплопроводностью
.
Рис.2. Профиль температур при переносе тепла через многослойную стенку.
Температуры по поверхности со стороны более и менее нагретых теплоносителей постоянны. Поверхность теплопередачи F.
Количество тепла, передаваемого от более нагретого теплоносителя к стенке за период времени 
равно:
Q = 
F 
То же самое количество тепла передается посредством теплопроводности через каждую стенку:
Q = 
F 
Q = 
F 
Количество тепла, отдаваемого стенкой менее нагретому теплоносителю за период времени 
:
Q = 
F 
Из представленных уравнений выразим термические сопротивления:
= 
=
= 
=
и - термические сопротивления более нагретой и менее нагретой сред;
и - термические сопротивления стенок.
Сложим полученные уравнения и представим их относительно теплового потока Q:
Сравним полученное уравнение с основным уравнением теплопередачи:
, где K – коэффициент теплопередачи;
Получим: 
, где 
- общее термическое сопротивление R.
Полученное уравнение называют уравнением аддитивности термических сопротивлений.