Интенсификация теплопередачи

Согласно уравнению теплопередачи:

,

для интенсификации теплопередачи нужно либо увеличить числитель (t_ж1-t_ж2) либо уменьшить термическое сопротивление теплопередачи R_k. Температуры теплоносителей обусловлены требованиями технологического процесса, поэтому изменить их обычно не удается.

Термическое сопротивление теплопередачи R_k, можно уменьшить, воздействуя на любую из составляющих R_a1, R_l, R_a2. Однако, эффективнее уменьшить наибольшее из слагаемых:

,

Значит, если R_l намного меньше R_a1 и R_a2, то для существенного уменьшения R_k необходимо уменьшить R_a той жидкости, которая имеет меньший коэффициент теплоотдачи a. То есть, допустим, оребрять стенку необходимо со стороны жидкости с меньшим коэффициентом теплоотдачи a.

Аналогичного результата можно достичь увеличив и больший коэффициент теплоотдачи, но для этого требуются дополнительные затраты мощности на увеличение скорости течения теплоносителя.

Тепловой поток через оребренную стенку определяется по формуле:

,

где - коэффициент теплопередачи через оребренную стенку;

e_р=F_2p/F₁ - коэффициент оребрения;

F_2p и F₁ - площади соответственно оребренной и не оребренной поверхностей стенки;

a₁ - коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхнсти стенки к жидкости или газу.

Рисунок 10.2 - К расчету теплопередачи через оребренную стенку

Отсюда видно, что с увеличением

коэффициента оребрения e_р увеличивается коэффициент теплопередачи К_р, а значит и тепловой поток. Поэтому ребристыми выполняют радиаторы отопления, корпуса двигателей, радиаторы для охлаждения воды в двигателях внутреннего сгорания.

Тепловая изоляция

Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью (l<0,2 Вт/(м×К)). Такие материалы называются теплоизоляторами. Большинство теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой и пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением.

Теплоизоляционные свойства материалов ухудшаются с увеличением плотности, температуры и влажности материала.

Для плоской стенки увеличение толщины слоя изоляции увеличивает ее термическое сопротивление R_l, в результате чего увеличивается суммарное термическое сопротивление теплопередачи R_k. Значение R_a1 и R_a2 при этом не меняется.

Для цилиндрической стенки увеличение толщины слоя изоляции так же увеличивает R_l, но одновременно уменьшает R_a2=1/p×d₂×a₂ (d₂ - наружный диаметр цилиндрической стенки). И при некоторых условиях нанесение изоляции на трубу может привести к увеличению теплопотерь.

Теплоизоляция цилиндрической поверхности эффективно работает только при условии:

,

где d_kp - критический наружный диаметр;

l_из - коэффициент теплопроводности изоляции.