Перенос теплоты через стенку

Часто в кожухотрубчатых теплообменниках применяют трубы размером 25х2,5 наружный диаметр – = 0,025м; толщина стенки – =0,0025м; внутренний диаметр – =0,02 м.

Стенка состоит из одного слоя толщиной , коэффициент теплопроводности материала стенки (рисунок 1.11).

Теплота через стенку переносится только теплопроводностью. Тогда из уравнения Фурье следует, что тепловой поток q равен

.

Потоком теплоты называется количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу поверхности:

,

где – количество теплоты, переданное за единицу времени через поверхность .

Рисунок 1.11 – Схема процесса передачи теплоты чрез плоскую стенку теплопроводностью.

При стационарном процессе количества теплоты (подведенное к стенке и отведенное от нее) не изменяются во времени и равны между собой (иначе стенка разогревалась бы или охлаждалась).

.

. (1.23)

Проинтегрируем уравнение (1.23) в пределах изменения толщины стенки и температуры стенки:

,

,

, (1.24)

где – термическое сопротивление стенки. Оно снижается при уменьшении толщины стенки и увеличении ее коэффициента теплопроводности (применении материала с большим коэффициентом теплопроводности).

Согласно уравнению (1.24) движущей силой теплопередачи является разность температур стенки с горячей и холодной стороны, а тепловой поток прямо пропорционален движущей силе и обратно пропорционален термическому сопротивлению стенки.

Если на стенке имеются загрязнения (например, накипь), то термическое сопротивление такой многослойной стенки представляет собой сумму термических сопротивлений загрязнений и самой стенки:

Рисунок 1.12 – Эскиз стенки со слоем загрязнений с обеих сторон (многослойной стенки).

, (1.25)

где и – толщина слоев загрязнений;

– толщина стенки;

и – коэффициент теплопроводности слоя загрязнений (для котельной накипи = 1,2–3,5 Вт/м∙К);

– коэффициент теплопроводности материала стенки (для стали, чугуна = 45 Вт/м∙К; для нержавеющей стали = 17 Вт/м∙К; для меди = 380 Вт/м∙К).

.