Удельный тепловой поток определяется

q = k ( t _ж1 – t _ж2) = kΔt 2. 78

Коэффициент теплопередачи определяется k = 1 / ( 1 /α₁ +δ /λ + 1 /α₂ ), 2.79

Коэффициент теплопередачи характеризует интенсивность процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому через разделяющую их плоскую стенку.

Коэффициент теплопередачи всегда меньше α_1, α₂ и δ /λСильнее всего он зависит от наименьшего из этих значений. При α₁ << α₂ и α₁ <<δ /λ, k ≈ α₁

Определениетемпературы стенок можно провести по формулам

t _ст1 = t _ж1 – q / α_1, 2.80

t _ст2 = t _ж2 – q / α₂ 2.81

Рис.2.9 Распределение температур при теплопередаче через цилиндрическую стенку

В случае многослойной плоской вместо отношения δ /λ следует подставлять сумму этих отношений для каждого слоя.

При расчете теплового потока через тонкие цилиндрические трубы

Q = q F_тр = k ( t _ж1 – t _ж2 )F_тр 2.82

Площадь поверхности трубы F_тр считают с той стороны трубы, с которой коэффициент теплоотдачи меньше. Если коэффициенты теплоотдачи близки друг к другу, то площадь следует считать по среднему диаметру трубы

d = 0,5 ( d _вн + d _нар).

Передача теплоты через однослойную однородную цилиндрическую стенку при стационарном режиме с постоянными температурами теплоносителей и коэффициентов теплоотдачи рассчитывается по формуле

Q = π ( t _ж1 – t _ж2) / [ 1/α₁d_вн + ( 1 / 2λ) ln (d_нар/d_вн ) +1/α ₂ dнар] 2.83

k_ц – линейный коэффициент теплопередачи, Вт/(м К)

2.84

Тогда уравнение теплопередачи Q = k_ц π ( t_ж1 – t_ж2 ) 2.85

Тепловой поток можно отнести либо к внутренней поверхности стенки, либо к внешней поверхности

q_вн = Q/ πd_вн, 2.86

q_внеш = Q /πd_внешℓ 2.87

Температура на внутренней поверхности стенки определяется

t_ст1 = t_ж1 – Q / ( α₁ d_вн π ℓ ) 2.88

Температура наружной поверхности стенки определяется

t_ст2 = t_ж2 + Q / (α₂ d_внеш π ℓ) 2.89

Для снижения тепловых потерь в окружающую среду горячие поверхности изолируют.

Для тепловой изоляции могут быть использованы материалы с низкой теплопроводностью - асбест, шлаковая или стеклянная вата, опилки, торф, шерсть и т.д.

Тепловые потери изолированных трубопроводов уменьшаются пропор-ционально увеличению толщины изоляции. Следует рассчитывать критический диаметр изоляции

D_кр = d_из = 2λ_2из / α₂ 2.90

Критический диаметр изоляции не зависит от размеров трубопровода. Он будет тем меньше, чем меньше теплопроводность изоляции и чем больше коэффициент теплоотдачи α_{2 .}Материал изоляции должен определяться по формуле

λ_из ≤ α₂d₂ /2 2.91

Из формулы теплопередачи q = k ∆t F видно, что для интенсификации теплопередачи следует увеличить либо коэффициент теплопередачи, либо температурный напор, либо площадь поверхности.

Для увеличения коэффициента теплопередачи следует уменьшить наибольшее термическое сопротивление.

Температурный напор у теплообменников с противотоком выше, чем у теплообменников с прямотоком. Следует иметь ввиду, что если один из теплоносителей имеет постоянную температуру (кипение, конденсация) замена схемы движения не увеличит температурный напор.

Для увеличения площади поверхности производится путем оребрения, причем ребристой делают поверхность с большим термическим сопротивлением. Отношение оребренной поверхности к гладкой называется коэффициентом оребрения. К выбору количества ребер и их длины следует относится внимательно, проводя экспериментальные исследования, в противном случае большое количество ребер и их большая длина утяжелит конструкцию, увеличит стоимость, но не улучшит теплопередачу.