ТОВ Термоситеми - Теплообмін

головна > інфо > каталог статей > теплообмін. трохи теорії

Процес переміщення теплової енергії в навколишньому світі відбувається безперервно та повсюдно. Завдяки різниці температур, тепло залишає тепліше середовище або тіло і передається більш холодному середовищу. Це явище має місце доти, доки не встановиться температурна рівновага. Ряд фізичних законів визначає процес. Теорія передачі тепла або теплообміну від одного середовища до іншого будується на кількох основних положеннях:

Дозвольте уточнити або нагадати, що тепло може передаватися трьома способами .

Теплова енергія передається за допомогою контакту частини одного середовища з іншого.
Існують два види конвекції:

природна (вільна), при якій рух середовищ відбувається за рахунок різниць температур і щільностей і відбувається до повного вирівнювання значень цих параметрів у процесі теплообміну;
примусова (вимушена), при якій рух середовища цілком або частково залежить від впливу зовнішніх факторів. Як приклад можна розглянути роботу насоса, що перекачує рідину

Процес теплопередачі відбувається у твердому тілі.

Тут, на цій сторінці, нас більше цікавить процес конвекції, і те, як він застосовується в спеціальному інженерному устаткуванні. Зокрема втеплообмінних апаратах використовуваних у системах теплопостачання, опалення, гарячого водопостачання та різноманітних технологічних процесах у промисловості.

Є кілька типів теплообмінних апаратів. Для простоти освітлення теми ми розглядатимемо пластинчасті теплообмінники (паяні або розбірні), як найчастіше застосовувані. Процес теплообміну відбувається через стінкурозділяє два середовища, що нагріває і нагрівається. Пластинчастий теплообмінник складається з рами та набору пластин, які є теплопередаючими поверхнями. Всі виробники такого обладнання намагаються зробити товщину пластин, якомога тонше, що дозволяє забезпечити оптимальну теплопередачу. Практично всі пластинчасті теплообмінники працюють під тиском, внаслідок чого рідини або гази, що беруть участь у теплообміні, знаходяться в турбулентному стані, а висока турбулентність перебігу середовища створює відмінні умови для більш інтенсивної конвекції та більш ефективної теплопередачі.

Існують шість важливих параметрів, які необхідно знати для того, щоб вирішити задачу теплообміну.

Якщо з різницею температур гарячої (гріючої) і холодної (нагрівається) сторін все зрозуміло, то на інших термінах і поняттях можна зупинитися детальніше.

Теплове навантаження - якщо не враховувати втрати тепла в навколишній простір (ними можливо нехтувати у вигляді їх мізерно малих величин), то правомірно стверджувати, що кількість тепла віддана гарячою стороною теплообмінника, дорівнює кількості тепла, отриманого холодною стороною. Теплове навантаження або потужність теплообмінника (Р) виражається в кВт або ккал/год.

Середній логарифмічний температурний напір (LMTD) є ефективною рушійною силою процесу теплообміну.

Щільність - це маса одиниці об'єму маси середовища і виражається кг/м3 або г/дм3

Питома теплоємність - це кількість енергії, необхідної підвищення температури 1 кг речовини на 1 гр.С при заданої температурі. Питома теплоємність води при температурі 20 гр.С становить 4,182 кДж/(кг х гр.С) або 1,0 ккал/(кг х гр.С)

В'язкість -є мірою плинності речовини. Чим нижче в'язкість, тим вище текучість речовини. Даний параметр вимірюється в сантипуазах (сП) або сантистоксах (сСт)

Витрата - може виражатися з використанням двох термінів: маси та обсягу. Існує масова витрата, що виражається в кг/с або кг/год. Коли використовується об'ємний витрата, він виявляється у м3/ч чи л/мин. Для того, щоб перевести об'ємну витрату в масову, треба величину об'ємної витрати помножити на щільність середовища.

Втрати напору - величина від якої залежить розмір теплообмінника, що підбирається. При можливості збільшити допустиму втрату тиску, можна буде використовувати компактніший і отже менш дорогий теплообмінний апарат. Для пластинчастих теплообмінників робочими середовищами яких є вода/вода, величина втрати тиску лежить у діапазоні 20 - 100 кПа.

Коефіцієнт теплопередачі є мірою опору тепловому потоку, що викликається такими факторами, як матеріал пластин, кількість відкладень на пластинах, властивості рідин і тип теплообмінника. Ця величина виявляється у Вт/(м2 х гр.С) або ккал/(ч х м2 х гр.С)

Термічна (теплова) довжина - термічна довжина каналу або так званий тетра-параметр є безрозмірною величиною, яка характеризує співвідношення між різницею температур (бt) на одній стороні теплообмінника і його LMTD.

Величина теплового навантаження може бути отримана при розгляді наступних формул.

На вибір теплообмінника може вплинути кожен параметр, зазначений у цих формулах. Вибір матеріалів мало впливає на ефективність процесу теплопередачі.
Коефіцієнти тепловіддачі (а1 і а2) та коефіцієнт забруднення (R f) , як правило,дуже малі, це пояснюється високим ступенем турбулентності перебігу середовища в обох контурах теплообмінника. Цьому ж факту зобов'язане високе значення розрахункового коефіцієнта теплопередачі (k), яке за сприятливих умов лежить у межах 8000 Вт/(м2 х гр.С) для пластинчастих теплообмінників та 2500-3000 Вт/(м2 х гр.С) для кожухотрубних теплообмінників.
Важливим фактором для мінімізації вартості теплообмінника є два параметри:

Втрати напору. Чим вище допустима величина втрати напору, тим менші габаритні розміри теплообмінника.
LMTD. Чим вище різниця температур рідин у першому та другому контурах теплообмінника, тим менші його габаритні розміри.

Обмеження за тиском та температурою

Вартість теплообмінного апарату залежить від максимально допустимих значень тиску та температури. Це означає, що чим нижче максимально допустимі значення робочого тиску та темпратури, тим нижча вартість теплообмінника.

Забруднення та коефіцієнти забруднення

Допустиме забруднення може бути враховано через розрахунковий запас (м), і бути виражене додаткової поверхні теплообміну. Для пластинчастого теплообмінника працюючого в режимі вода/вода значення розрахункового запасу становить від 0 до 15% (залежно від якості води).

головна > інфо > каталог статей > теплообмін. трохи теорії

Останні новини

Чи любите розглядати візерунки на вікнах? Коли тобі роки чотири від народження, то це одне з [. ]

Здебільшого, коли йдеться про вибір радіатора опалення, люди не користуються прикметниками «гарний» [. ]

Бракує грошей на імпортний котел? Прицінися довітчизняному. Як було зазначено у попередній [. ]

«Ну що?» - спитав мене колись ворон у зоопарку. Поїхали? Він сказав. Так. Якщо ти подивишся [. ]

Вітаємо Вас наші шановні відвідувачі. Ласкаво просимо до нашого оновленого сайту.