Пути интенсификации процесса теплопередачи..

Введение

При решении практических задач теплопередачи в одних случаях требуется интенсифицировать процесс, в других, наоборот, всячески тормозить. Возможности осуществления этих требований вытекают из закономерностей протекания основных методов передачи теплоты.
Термическое сопротивление стенки можно уменьшить путем уменьшения толщины стенки и увеличения коэффициента теплопроводности материала; теплоотдача соприкосновения может быть интенсифицирована путем перемешивания жидкости и увеличения скорости движения; при тепловом излучении путем повышения степени черноты и температуры излучающей поверхности.
Вопрос о путях интенсификации процесса теплопередачи более сложный. Правильное его решение может быть получено лишь на основе тщательного анализа частных условий теплопередачи.
1 Интенсификация теплопередачи путем повышения коэффициентов теплоотдачи

Рассмотрим уравнение теплопередачи в общем виде:
. (1)
Из этого уравнения вытекает, что при заданной поверхности теплообмена , постоянной разности температур ускорить теплопередачу можно за счет увеличения коэффициента теплопередачи .
Запишем выражение для коэффициента теплопередачи для плоской стенки:
,
где - частное термическое сопротивление теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя; - частное термическое сопротивление теплопроводности (стенки); - частное термическое сопротивление со стороны холодного теплоносителя [3, стр. 212-214].
При этом возможны три крайних случая: 1) ; 2) ; 3) . В первом случае процесс теплопередачи определяется условиями теплообмена между средой и внешней поверхностью стенки. Во втором и третьем случае, соответственно термическим сопротивлением стенки и теплоотдачей на внутренней поверхности стенки. Если термическое сопротивление стенки мало, , то выражение для коэффициента теплопередачи упрощается:
. (2)
Из уравнения (2) вытекает, что коэффициент теплопередачи всегда меньше наименьшего коэффициента теплоотдачи. Действительно, если , то приближается к и наоборот. Итак, для увеличения коэффициента теплопередачи необходимо увеличивать меньший коэффициент теплоотдачи. То есть, если , то для повышения коэффициента теплопередачи необходимо увеличивать . Эффективность теплопередачи в случае повышения коэффициента теплоотдачи будет иметь место пока будет выполняться условие . Если коэффициенты теплоотдачи имеют один и тот же порядок величин, то для усиления теплопередачи необходимо увеличивать какой-либо коэффициент теплоотдачи ( или ) либо оба.
На рисунке 1 показана зависимость согласно формулы (2).

Рисунок 1 График зависимости


2 Методы увеличения коэффициента теплоотдачи

В общем случае коэффициент конвективной теплоотдачи определяется главным образом следующими параметрами:
1. Геометрическими, а именно, геометрической формой и размерами пространства, в котором протекает теплоотдача;
2. Физическими, к которым относятся теплофизические свойства среды, в частности, коэффициенты теплопроводности, температуропровод-ности и кинематической вязкости, теплоемкость, плотность и т.п.;
3. Гидродинамическими, к которым можно отнести скорость, режим движения среды и прочие.
Кроме приведенных параметров, на величину теплоотдачи существенно влияет и температура среды. Особенно это касается капельной жидкости, для которой характерно сильное влияние температуры на ее теплофизические свойства. Зависимость коэффициента теплоотачи от параметров в неявной форме можно представить так:
. (3)
В уравнении (3) параметры представляют геометрические условия, - физические и - гидродинамические.
Для регулирования процесса конвективного переноса тепла следует отметить, что инженер ограничен в выборе геометрических и физических условий. Как правило, конструкция теплообменного аппарата уже известна: стоит задача повышения его тепловой производительности. Существуют определенные ограничения при выборе теплоносителей, которые связаны с технологическими и экономическими требованиями. В теплогенераторных устройствах, системах теплоснабжения и горячего водоснабжения самое большое распространение, как теплоносители, добились вода, воздух, водяной пар и дымовые газы [2, стр. 169-171].

Введение 2
1 Интенсификация теплопередачи путем повышения коэффициентов теплоотдачи 3
2 Методы увеличения коэффициента теплоотдачи 5
3 Интенсификация теплопередачи путем создания дискретной турбулизации потока в приграничной зоне 9
4 Применение ребристых поверхностей для интенсификации теплопередачи 12
4.1 Теплопроводность стержня постоянного поперечного сечения 14
4.2 Передача тепла через ребра 17
Заключение 20
Список литературы 21

Список литературы

1. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1975. 495с.
2. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1981. 486с.
3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 343с.
4. Шорин О.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1964. 490с.
5. Юдашев Б.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1973. 359с.