Движущая сила тепловых процессов

Движущей силой тепловых процессов является разность темпе­ратур сред, при наличии которой теплота распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой. Эта разность температур носит название температурного напора. При теплопередаче от теплоносителя к нагреваемому материалу раз­ность между температурой теплоносителя и материала не сохра­няет постоянного значения вдоль поверхности теплообмена и поэто­му в тепловых расчетах, где применяется основное уравнение теп­лопередачи к конечной.поверхности, теплообмена, необходимо пользоваться средней разностью температур.

На рис. 5.7 показан характер изменения температур теплоноси­теля при различной организации движения его вдоль поверхности теплообмена. Теплоноситель охлаждается от t₁´ до t₁´´, а материал

Рис. 5.7. Характер изменения температур теплоносителя и материала в зависимости от организации их взаимного перемещения:

а — прямоток; б — противоток; в — перекрестный ток

нагревается от t₂´ до t₂´´. Количество теплоты, переданное от теп­лоносителя к материалу на произвольно выделенном элементе теплообменной поверхности (рис. 5.7, а), можно определить по ос­новному уравнению теплопередачи

dQ = K(t₁° - t₂°) dA dt, (5.51)

где К —коэффициент теплопередачи; t₁° и t₂°— соответственно температуры теплоносителя и материала на элементе dА.

При прямотоке материал с той же начальной температурой, что и при противотоке, в конце процесса может нагреться до более высокой температуры t₂° (см. рис. 5.7). Из уравнения материального баланса (см. гл. 1) при данных условиях следует, что разница в расходах теплоты на процесс будет определяться только потеря­ми теплоты с отходящим материалом. Так как при противотоке эти потери выше и больше температура отходящего материала, то и расход теплоты на обработку материала при противотоке выше, чем при прямотоке. Отсюда следует, что с точки зрения расходов теплоты прямоток выгоднее, чем противоток.

Однако в промышленности строительных материалов противо­ток применяют значительно чаще, чем прямоток. Происходит это по следующим соображениям: во-первых, большинство материалов, подвергаемых тепловой обработке, имеют малую прочность и не допускают больших перепадов температур между теплоносителем и материалом; во-вторых, при противотоке средняя разность тем­ператур, подсчитанная по формуле (5.55), больше, чем при прямо­токе, и, следовательно, больше скорость теплообмена. Отсюда сле­дует, что время на обработку материала при прочих равных усло­виях при противотоке может быть меньше, чем при прямотоке. Поэтому при выборе схемы подачи теплоносителя следует исходить не только из экономичности теплового процесса как такового, но и учитывать потери, от брака продукции и возможный выигрыш в производительности установки.