Основное уравнение теплопередачи

Важным законом, описывающим тепловые процессы в химической технологии является основное уравнение теплопередачи, выражающее связь между тепловым потоком Q и поверхностью теплопередачи F:

Q = К×F×Dt_ср×t (1)

где К - коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость переноса теплоты через разделяющую поверхность; Δt_ср - средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор), вдоль всей поверхности теплопередачи; τ - время.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через 1 м² стенки при разности температур между теплоносителями, равной 1 градусу.

Для непрерывного процесса переноса тепла основное уравнение теплопередачи принимает следующий вид:

Q = К×F×Dt_ср (2)

При расчете процесса теплопередачи важным этапом является расчет теплового потока Q. Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния в процессе теплопередачи, то количество теплоты, переносимое через теплопроводящую поверхность оценивается при составлении теплового баланса:

Q=Q₁=Q₂=G₁C_p1(t_1н-t_1к)=G₂C_p2(t_2к-t_2н),(3)

где Q₁ и Q₂ – количество теплоты, отдаваемое (горячим теплоносителем) и принимаемое (холодным теплоносителем), соответственно; C_p1 и C_p2 - теплоемкости горячего и холодного теплоносителя (при средней температуре теплоносителя); G₁, G₂ - расход горячего и холодного теплоносителей; t_1н и t_1к – начальная и конечная температура горячего теплоносителя; t_2н и t_2к – начальная и конечная температура холодного теплоносителя.

В реальных условиях при оценке величины теплового потока потери теплоты в окружающую среду теплоизолированными стенками аппаратов (теплообменники, реакторы и т.д.) обычно составляет 3-5% от общего количества передаваемого тепла системы.

Основное уравнение теплопередачи используется для расчета требуемой поверхности теплообмена в теплообменной аппаратуре и коэффициента теплопередачи. Следует отметить тот факт, что значение коэффициента теплопередачи зависит от ряда факторов, в том числе от вклада в общую скорость процессов переноса теплоты скоростей отдельных видов переноса - теплопроводности, теплового излучения, конвекции.