CC BY
20ХИМИЯ (CHEMISTRY)
УДК 66
Малькова А.Е.
студент кафедры химии и химической технологии Амурский государственный университет (г. Благовещенск, Россия)
ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОТ СКОРОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ФАЗ
Аннотация: в статье рассмотрена зависимость коэффициента теплопередачи от скорости жидкой и газовых фаз.
Ключевые слова: теплообмен, конвективный теплообмен, излучение, рекуперативный теплообменник, критерии подобия.
Теплообменные аппараты являются неотъемлемой частью любого производства. Их применение не ограничивается какой-то одной сферой -оборудование используется повсеместно (в энергетике, металлургии, химической промышленности и т.д.).
Теплообмен представляет собой необратимый самопроизвольный перенос тепла от более нагретых тел к менее нагретым. Движущей силой этого процесса является разность температур тел. Перенос теплоты осуществляется тремя различными по физике способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.
Теплопроводность - представляет собой молекулярный перенос теплоты в телах, обусловленный неоднородностью температурного поля.
Под конвекцией понимают процессы переноса теплоты при перемещении макроскопических объемов газа или жидкости в пространстве между областями с различной температурой. При этом перенос тепла неразрывно связан с
переносом самой среды. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, и этот совместный процесс называют конвективным теплообменом [1].
Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкостью или газом называется теплоотдачей.
Процессы теплопроводности и конвективного теплообмена могут сопровождаться излучением. Тепловое излучение - процесс переноса теплоты с помощью электромагнитных волн различной длины.
В наиболее распространенных рекуперативных теплообменниках перенос тепла осуществляется через поверхность теплообмена - глухую стенку, исключающую смешение теплоносителей. Процесс передачи тепла между различными средами через разделительную твердую стенку называют теплопередачей [2].
Важной характеристикой теплообменных процессов является коэффициент теплоотдачи а, зависящий от теплофизических свойств теплоносителя, его агрегатного состояния, геометрии стенки, её температуры, а также от гидродинамических условий движения теплоносителя - режима и скорости.
В инженерной практике для упрощения процедуры расчета коэффициентов теплоотдачи пользуются так называемыми обобщенными переменными - критериями подобия, которые отражают совместное влияние их совокупности на явление.
К таким критериям относятся следующие:
1. Критерий Нуссельта, характеризуемый отношением между потоком теплоты от жидкости к поверхности тела (теплоотдачей) и потоком теплоты теплопроводностью в жидкости у стенки;
2. Критерий Рейнольдса, характеризует гидродинамический режим потока, являясь мерой отношения сил инерции и молекулярного трения;
3. Критерий Прандтля, характеризует подобие физических свойств теплоносителей и является мерой подобия полей температур и скоростей в потоке.
Критерии Re, Рг являются определяющими критериями, критерий № -определяемый, зависящий от определяющих критериев. При расчете теплообменника, определив значение критерия Нуссельта по соответствующему критериальному уравнению, вычисляют для каждого теплоносителя коэффициент теплоотдачи [3].
В ходе исследований установлена зависимость коэффициента теплопередачи от скорости движения жидкой фазы и от скорости газовой фазы. Результаты представлены в виде графиков зависимости критериев подобия.
15,40 15,20 15,00 14,80 14,60 14,40 14,20 14,00 13,80 13,60
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400
Рис. 1 График зависимости критериев подобия Ш043 - (для жидкой фазы)
Из графика видно, что с увеличением критерия Рейнольдса отношение критериев подобия стремительно снижается. Можно сделать вывод о том, что с увеличением скорости жидкой фазы коэффициент теплопередачи значительно снижается и снижается интенсивность процесса теплопередачи.
3,00
2,50 — 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00
3,44 3,45 3,45 3,46 3,46 3,47 3,47 3,48 3,48
Рис. 2 График зависимости критериев подобия ^---— - 1дКеГ
1,16-аэкв-Рг '
(для газовой фазы)
Видно, что происходит увеличение отношения критериев подобия при увеличении критерия Рейнольдса. Из чего можно сделать вывод, что при увеличения скорости газовой фазы коэффициент теплопередачи возрастает и увеличивается интенсивность процесса теплообмена.
Таким образом, эффективность процесса теплообмена определяется коэффициентом теплопередачи, зависящим от скорости движения взаимодействующих фаз.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Гужель Ю.А. Процессы и аппараты химической технологии: Учебное пособие. Часть вторая. Тепловые процессы и аппараты / Ю.А. Гужель. - Благовещенск : АмГУ, 2020. - 65 с.
Котовский В.Н. Теплопередача: конспект лекций / В.Н. Котовский. - М.: МГТУ ГА, 2015 - 76 с.
Крайнов А.Ю., Моисеева К.М. Конвективный теплоперенос и теплообмен : учеб. пособие /А.Ю. Крайнов, К.М. Моисеев. - Томск : STT, 2017 - 80 с.
Malkova A.E.
Student of the Department of Chemistry and Chemical Technology
Amur State University (Blagoveshchensk, Russia)
DEPENDENCE OF HEAT TRANSFER COEFFICIENT ON SPEED OF INTERACTING PHASES
Abstract: the article considers the dependence of the heat transfer coefficient on the velocity of the liquid and gas phases.
Keywords: heat exchange, convective heat exchange, radiation, regenerative heat exchanger, similarity criteria.
