Передача тепла теплопроводностью через стенку

 

Коэффициент теплопроводности текучих сред незначителен, этот ламинарный слой оказывает основное сопротивление передаче тепла, и температура среды в момент контакта со стенкой снижается сΔt1 до tст1. Следовательно, здесь имеют место передачи тепла конвекцией и теплопроводностью.

Конвективный теплообмен

Под конвективным теплообменом понимается процесс распространения тепла в жидкости или газе от поверхности твердого тела или к его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой вид теплообмена также называют теплоотдачей.

Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулизирован движущийся поток жидкости или газа. Конвекция связана с переносом тепла массой жидкости и зависит от гидродинамических условий течения.

Теплоотдача при конденсации паров

Этот вид теплопередачи, а также теплоотдача при кипении жидкостей протекает при изменении агрегатного состояния теплоносителей. Особенность этих процессов состоит, прежде всего, в том, что тепло подводится или отводится при постоянной температуре.

Теплоотдача при конденсации насыщенных паров представляет собой сложное явление одновременного переноса теплоты (определяемое теплотой парообразования) и массы (определяемой количеством сконденсированного пара).

На хорошо смачиваемых поверхностях капли конденсата, сливаясь друг с другом, образуют жидкую пленку, которая под действием силы тяжести стекает вниз. Такую конденсацию пара называют плёночной.

На несмачиваемой или плохо смачиваемой поверхности капли конденсата быстро стекают (“скатываются”) по поверхности стенки, не образуя пленки. Такой вид конденсации называют капельной.

Капельная конденсация на практике реализуется редко, несмотря на то, что коэффициенты теплоотдачи в этом случае в несколько раз выше коэффициентов теплоотдачи при пленочной конденсации.

Рис1. Теплоотдача при конденсации.

Последнее объясняется тем, что и при пленочной конденсации коэффициенты достаточно высоки, и потому стадия переноса теплоты при пленочной конденсации обычно не является лимитирующей в общем процессе теплопереноса, в то время как создание несмачиваемой (гидрофобной) поверхности в теплообменнике (для создания капельной конденсации) приводит к удорожанию процесса. Поэтому в теплообменниках обычно конденсация паров происходит по пленочному механизму. При пленочной конденсации на стенке вследствие разности температур (tп - tст) образуется плёнка конденсата (Рис. 1), которая постепенно утолщается по мере стекания. При этом увеличивается и термическое сопротивление пленки. При ламинарном режиме движения стекающей пленки конденсата и увеличения её толщины теплоотдача ухудшается.

Плёнка представляет собой основное термическое сопротивление от пара к твёрдому телу. Эта плёнка стекает и утолщается. При шероховатых поверхностях коэффициент теплоотдачи меньше, чем при гладких, так как их сопротивление течению жидкой плёнки больше и, поэтому меньше скорость стекания плёнки и больше её толщина.

Теплоотдача при конденсации паров, содержащих газы, менее интенсивна, чем при конденсации чистых паров.