Тема 2.6 Основы теплового расчета теплообменных аппаратов

Студент должен:

знать: принцип действия основных типов теплообменных аппаратов;

уметь: выполнять поверочный расчет рекуперативного теплообменного

аппарата.

Назначение и принцип действия основных типов теплообменных аппаратов. Сравнительный анализ теплообменных аппаратов (ТА). Особенности рекуперативных теплообменников.

Сущность конструктивного и поверочного расчетов рекуперативных теплообменников. Уравнение теплового баланса.

Практическое занятие №7

Литература: 1,с.175-192; 3,с.85-89;4,с.239-244

Методические указания к разделу 2

Теория теплообмена занимает одно из ведущих мест в инженерных расчетах.

Процессы теплообмена имеют место в системах отопления зданий, в паровых и водогрейных котлах, в холодильных установках, в тепловых двигателях, в ТА при подогреве или охлаждении нефтепродуктов и др.

При изучении теплопередачи необходимо четко усвоить законы, по которым происходит передача теплоты от одного тела к другому.

При изучении теплопроводности необходимо разобраться в законе Фурье, усвоить такие понятия, как тепловой поток, коэффициент теплопроводности, термическое сопротивление и уметь их рассчитывать для плоских стенок и криволинейных поверхностей.

Необходимо знать, в чем заключается физический смысл коэффициента теплопроводности λ и от каких факторов он зависит и как.

Процесс передачи тепла от жидкости (газа) к стенке или наоборот называется теплоотдачей.

Необходимо знать закон Ньютона – Рихмана, освоив такие понятия, как коэффициент теплоотдачи « α », термическое сопротивление теплоотдачи

λ/ α.

Необходимо обратить внимание на принцип подобия, критерии подобия и их размерности.

Необходимо усвоить, что важнейшей задачей при расчете теплоотдачи или конвективного теплообмена является определение коэффициента теплоотдачи, а поскольку он зависит от многих факторов и для данного конкретного тела может меняться в широких пределах в зависимости от них. Для этого и применяется теория подобия. При ее использовании определяются критерии подобия, определяющие и определяемые ( критериев подобия довольно много, поэтому необходимо запомнить хотя бы шесть наиболее встречающихся: Нуссельта (Nu), Эйлера (Еu), Рейнольдса (Rе), Пекле (Ре), Прандтля (Рr), Грасгофа (Gr) и рассчитываются критериальные уравнения. Критериальные уравнения являются справочным материалом.

Студент должен понимать, что всякое нагретое тело испускает в пространство тепловые лучи, что энергия излучения зависит от свойств материала и в значительной степени от температуры.

Е₀ = С₀ (Т)⁴ – количество излучаемой энергии (закон Стефана –

100 Больцмана).

Кроме этого при расчете лучистого теплообмена используются законы Планка, Вина, Ламберта, Кирхгофа. Расчет теплообмена излучением между твердыми телами и газом имеют свои особенности, которые необходимо уяснить.

Широкое применение в нефтяной и газовой промышленности ТА, требует усвоения студентом простейших методов их расчета.

Для этого необходимо знать, по какому принципу ТА подразделяются на различные виды. В основе расчета ТА лежит уравнение, определяющее количество теплоты при теплопередаче, и уравнение теплового баланса. Необходимо понять, как рассчитывается средний температурный напор, площадь поверхности теплообмена в ТА и, что такое индекс противоточности.

Вопросы для самоконтроля

1. Три формы передачи теплоты, чем они отличаются?

2. Какие процессы переноса теплоты называются стационарными и нестационарными?

3. Как формулируется закон Фурье?

4. Что такое тепловой поток и плотность теплового потока?

5. Каково физическое содержание коэффициента теплопроводности и его значение для газов, жидкостей и металлов?

6. От чего зависит тепловой поток в условиях нефтеотдачи и как формулируется основной закон – закон Ньютона – Рихмана?

7. Каков физический смысл коэффициента теплоотдачи « α » и от каких факторов он зависит?

8. Каково строение потока при ламинарном и турбулентном режимах течения и как осуществляется теплоотдача в этих условиях?

9. Когда применяется теория подобия и теория размерностей?

10. Каковы условия подобия физических процессов?

11. Назовите и напишите выражения для важнейших критериев (чисел) подобия конвективного теплообмена. Их физический смысл.

12. Каковы особенности теплоотдачи в условиях свободного движения жидкости в неограниченном пространстве и в узких щелях и каналах?

13. Особенность теплоотдачи при кипении, при пленочной и капельной конденсации пара?

14. Какова сущность коэффициента лучистого теплообмена?

15. Закон Планка и Вина.

16. Закон Стефана- Больцмана.

17. Закон Ламберта.

18. Как определить лучистый тепловой поток между произвольно расположенными телами?

19. Какие виды теплообменников Вы знаете?

20. В чем заключается расчет ТА?

21. Что такое тепловой экран? Примеры применения экранов.

Раздел 3. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ