Лако-красочные материалы — производство

Для измерения коэффи­циентов теплоотдачи исполь­зуются различные методы, которые можно разделить на две большие группы:

1) методы измерения при установившемся процессе;

2) методы измерения при неустановившемся процессе.

Более удобны измерения при установившемся про­цессе, так как в этом случае температура в отдельных точках постоянна во время измерения, вследствие чего достигается большая точность отсчетов.

Установившийся процесс можно поддерживать разными спосо­бами.

1. Осуществлять одновременно нагревание и охлаждение жид­кости в аппарате с мешалкой. С этой целью совместно используются, например, обогревающая рубашка и охлаждающий змеевик [25, 46, 59, 61], либо два змеевика — нагревающий и охлаждающий
[27, 65], либо рубашка, разделенная на греющие и охлаждающие секции [79].

2. Вести нагревание или охлаждение перемешиваемой в аппа­рате жидкости с непрерывным принудительным ее течением через аппарат [63, 79, 81, 82, 86, 87].

В обоих случаях количество тепла Q, переданного в аппарате с мешалкой, рассчитывается по балансному уравнению:

Q = Gcc{h—t1) (V-4)

Где Gc— массовый расход жидкости через нагревающий (охлажда­ющий) змеевик или непосредственно через аппарат с мешалкой; С — средняя удельная теплоемкость этой жидкости; Tx — конеч­ная и начальная температуры жидкости, протекающей через аппа­рат или через змеевик.

Коэффициент теплоотдачи можно вычислить по уравнению:

1

Уравнение (V-5) пригодно в том случае, если температура стенки измеряется непосредственно. Однако точно измерить температуру Ts Трудно. В таких случаях коэффициент теплоотдачи а для перемеши­ваемой жидкости рассчитывается по коэффициенту теплопередачи согласно зависимости:

А к ^ Л; а0 V ‘

Где к — коэффициент теплопередачи; ^у^ — тепловое сопроти-

T = l

Вление стенки нагревающего (охлаждающего) элемента и загрязне­ний на этой стенке; а0 — коэффициент теплоотдачи для нагрева­ющего (охлаждающего) элемента.

Коэффициент теплопередачи к можно определить по формуле

Где T0 — средняя температура нагревающего (охлаждающего) эле­мента; F — средняя поверхность теплопередачи.

Более точный способ расчета теплообменной поверхности тре­буется лишь для толстостенных аппаратов [37]. В случае нагре­вания содержимого аппарата с мешалкой паровой рубашкой, нахо­дящейся на цилиндрической части, с помощью конденсирующегося водяного пара можно пользоваться зависимостью:

-=ТЙг (V-8)

Где С — постоянная для данной температуры конденсации; Нр — Высота паровой рубашки; At — разность температур между греющим паром и стенкой аппарата с мешалкой.

Величину С можно исключить, если известно количество передан­Ного тепла. При этом используется зависимость:

— ~тг-— = -—— (V-9)

Fa О а0

Подставив выражение (V-9) в уравнение (V-8), получим:

С’

(V-10)

VHpq

При неустановившемся процессе проводится периодическое на­гревание (либо охлаждение) жидкости в аппарате с мешалкой и измеряется изменение температуры этой жидкости во время пере­мешивания.

В случае, когда невозможно измерить температуру стенки нагре­вающего (охлаждающего) элемента, коэффициент теплопередачи рассчитывается на основе дифференциального уравнения теплового баланса.

Для промежутка времени Dr и случая нагревания действительны уравнение теплопередачи

DQ — kF (to — t) dx (V-ll)

И балансное уравнение:

DQ = Gcdt (V-12)

Где G — масса жидкости в аппарате с мешалкой; с — удельная теплоемкость этой жидкости; Dt — прирост температуры жидкости в аппарате с мешалкой за время Dx.

В уравнении (V-12) опущено количество тепла, необходимое для повышения температуры металлических частей аппарата с ме­шалкой.

Из уравнений (V-11) и (V-12) имеем:

Предположив, что коэффициент теплопередачи изменяется во время измерений незначительно, т. е. к — const, и, кроме того, С = const, после интегрирования уравнения (V-13) получаем зави­симость:

Где Tp, Tk — начальная и конечная температуры жидкости в аппа­рате с мешалкой.

Если, кроме того, принять, что температура нагревающего элемента T0 во время^измерений постоянна, то

K = J^lnJ±ZJjL (V-15)

Fx t0 —tk ‘

Зная значение коэффициента /с, по зависимости (V-6) можно рас­считать коэффициент теплоотдачи для жидкости, перемешиваемой в аппарате с мешалкой, если известны остальные сопротивления теплопередаче.

В случае непосредственного измерения температуры поверх­ности нагревающей стенки аппарата с мешалкой уравнение (V-11) принимает вид

DQ—=aF(ts — t) dx (V-16)

Что в сочетании с уравнением (V-12) и после интегрирования при условии Ts = const дает зависимость:

К^-giln ts~tp (V-17)

Fx ts — tk