background image

1.  Przewodzenie ciepła, równania: 

 
Przenoszenie ciepła  

       radiacja 

 

 

 

 

przewodzenie 

 

 

 

 

konwekcja 

  
Przewodzenie ciepła  
Ciepło przewodzi się z jednego miejsca do drugiego za pomocą jakiegoś ciała przewodzącego 
(analogicznie do prądu) 
Dobrymi izolatorami są ciała lekkie, porowate, pulchne. Najtańszym izolatorem jest 
powietrze. Bardzo dobrym jest styropian. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prawo Fouriera: 
  

dS

dT

A

Q

 

A-  powierzchnia 

- współczynnik przewodzenia ciepła 

 

2

1

0

T

T

S

dT

A

dS

Q

 

2

1

T

T

A

S

Q

 

 
 
 
Przykład obliczeniowy: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Różnica: w przewodzeniu ciało przewodzące 
pozostaje w bezruchu. W konwekcji jest ruch 
ciepła i masy.
 

Q  

1

 

2

 

dS

 

minus zmienił 
granicę 
całkowania 

1

 

2

 

1

 

2

 

1

 

2

 

3

 

3

1

1

1

T

T

A

S

Q

 

2

2

1

1

2

1

1

1

S

S

A

Q

T

T

 

2

3

2

2

T

T

A

S

Q

 

2

1

2

2

1

1

1

1

1

T

T

A

S

S

Q

 

A

S

Q

T

T

A

S

Q

T

T

2

2

2

3

1

1

3

1

 

 
 
 

background image

Przykład 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Styropian dobrze izoluje więc temperatura po 2 stronach ścianki jest bardzo zróżnicowana- 
duża różnica. 
 
 

2.  Charakterystyka ciał ze względu na właściwości przewodzenia ciepła 

 
Ciała dzielimy na: 
 

  Dobre przewodniki – większość metali 

 

Złe przewodniki – styropian, drewno, próżnie, gazy 

 
Chodzi tutaj głównie o uporządkowanie cząstek w sieci – metale są ciasno uporządkowane 
 
Dobrymi izolatorami są ciała porowate (zawierające w porach gazy) 
 
 
 

3.  Wnikanie ciepła – równania 

 
Wnikanie ciepła – konwekcja 
Przekazywanie ciepła przez medium będące w ruchu (np.: suszarka) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Można zastosować model uproszczony: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

S- Styropian 
M- Mur 

1

 

2

 

3

 

1

 

2

 

3

 

Próżnie, gazy, ciała stałe, metale 

przewodnictwo 

płyn 
 

1

 

2

 

ścianka 

)

(

2

1

T

T

A

Q

 

 - współczynnik wnikania ciepła 

1

 

2

 

S – stoi! 

2

1

T

T

A

S

Q

 

 - współczynnik przewodzenia ciepła 

background image

Im gwałtowniej płynie strumień tym bardziej S się zmniejsza czyli burzliwość poprawia ruch 
ciepła. 
 
Chcemy coś szybko wysuszyć to należy zwiększyć strumień (większa burzliwość) (nie można 
zmienić A, temp. też ma swój limit.) 
 

4.  Sposoby intensyfikacji wnikania ciepła 

 
Skoro jest prawo 

2

1

T

T

A

Q

 to zwiększyć przepływ ciepłą można tylko przez 

zwiększenie współczynnika 

Korzystając z modelu uproszczonego przyjmują, że 

S

 

, a więc: 

 

Zwiększenie strumienia przepływu 

 

Zwiększenie powierzchni A (założenie na ściankę żeber) 

 
W rurociągach często odkłada się kamień kotłowy (albo inny osad) on zmniejsza 

intensywność procesu (ponieważ 

S

 

5.  Przenikanie ciepła – równania 

 

Przenikanie 

Przewodzenie 

Przenikanie  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 



)

(

)

(

)

(

2

2

1

1

B

B

A

A

T

T

A

Q

T

T

A

S

Q

T

T

A

Q

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
ReA 
 
 


 
 
 
 
ReB 

Q  

A

 

1

 

2

 

B

 

Wnikanie! 

 

Przewodzenie 

Przenikanie

 = 

wnikanie

 + 

przewodzenie

 

przewodzenie 

wnikanie 

przenikanie 

background image

B

A

a

przenikani

ik

wspolczynn

k

B

A

B

A

B

A

B

B

stronami

dodaniu

po

A

A

T

T

A

S

Q

S

A

Q

T

T

A

Q

T

T

A

S

Q

T

T

A

Q

T

T



 

 

1

1

1

1

1

1

1

2

2

1

1

 

 

k- współczynnik przenikania 

 

B

A

T

T

kA

Q

 

 
 

6.  Współprąd i przeciwprąd 

 

Przeciwprąd 

Współprąd 

 
 
 

 

 

 

Siłą napędową w procesie jest (

B

A

T

T

Ogólnie w procesach lepszy jest przeciwprąd, bo 

1

2

B

A

T

T

 czyli temperatura wody gorącej na 

wylocie  jest  niższa  niż  wody  zimnej  na  wlocie  –  bardzo  duża  wymiana  ciepła.  We 
współprądzie  temperatura  wody  gorącej  nigdy  nie  będzie  Niżna  niż  wody  zimnej  (mała 

1

B

 

2

B

 

1

A

 

2

A

 

1

A

 

2

A

 

1

B

 

2

B

 

1

A

 

1

B

 

2

A

 

2

B

 

T

 

1

T

 

2

T

 

1

A

 

1

B

 

2

A

 

2

B

 

background image

wymiana  ciepła).  Stąd  większe  możliwości  zagrzania  wody  przy  użyciu  mniejszej  ilości 
ciepłego płynu. 
Czasami jednak stosuje się współprąd – gdy chce się zapobiec przegrzaniu współprąd daje 
pewność, że temperatura wody zimnej nigdy nie przekroczy minimalnej temperatury wody 
gorącej. 
W procesie suszenia – w tym procesie lepiej stracić na efektywności ale zyskać na 
bezpieczeństwie (nie przegrzeje się) 
 

7.  Bilans ciepła w wymienniku 

 
Ogólnie 

)

(

2

1

T

T

Cp

m

Q

 

Cp – ciepło właściwe 

1

- temperatura na wlocie 

2

- temperatura na wylocie 

m

 - masowe natężenie przepływu 

 
To jest bilans ciepła dla jednego medium! 
 
Czyli jak w wymienniku ciepła jest woda gorąca i zimna to taki bilans rozpisuje się osobno 
dla zimnej i osobno dla gorącej (to  Q powinno być mniej więcej takie same). Potem jak już 
się ma to  Q można obliczyć współczynnik przenikania ciepła k! 
 
Czyli dla wymiennika, w którym jest woda gorąca i zimna: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obliczanie ruchu ciała: 



2

2

2

2

1

1

2

1

A

B

A

B

T

T

T

T

T

T

T

T

kA

Q

 

 
 
 
 

8.  Przenikanie ciepła w wymienniku określanie siły napędowej 

 
Przenikanie ciepłą w wymienniku liczy się ze wzoru: 

T

kA

Q

 

k – współczynnik przenikania 
A – powierzchnia grzejna 

 

i to „k” to współczynnik przenikania określa się na podstawie odpowiednich korelacji 

 

Celem obliczeń dotyczących wymienników jest wyznaczenie tego „A” –powierzchni grzejnej 
 

1

B

 

2

B

 

1

A

 

2

A

 

A

m

  

B

m

  



1

2

1

2

B

B

B

B

B

A

A

A

A

A

T

T

Cp

m

Q

T

T

Cp

m

Q

 

Od wyższej odejmujemy niższą 

Właściwie powinno być: 

2

1

2

1

ln

T

T

T

T

T

 

background image

Siła napędowa 
Siłą napędową przenikania ciepłą jest różnica temperatur medium A i medium B 
(

B

A

T

T

 
 



3

2

2

1

1

T

T

A

Q

T

T

A

S

Q

T

T

A

Q

B

A

A

 

A

Q

T

T

A

Q

S

T

T

A

Q

T

T

B

A

A

A

1

2

1

1

 

 
Sumując stronami: 

kA

Q

k

A

Q

S

A

Q

T

T

k

B

A

B

A

 

 





1

1

1

1

 

9.  Budowa i działanie wymienników ciepła 

 
Wymienniki Ciepła to aparaty służące do wymiany ciepła, która zachodzi między 2 mediami. 
To co się ochładza jest medium grzewczym 
Wymienniki dzielą się na 2 rodzaje: 

 

Przeponowe (ze ścianką – przegrodą np.: chłodnica Liebiga) 

  Bezprzeponowe (np. roztwór woda + para) 

 
Rura w rurze  - chłodnica Liebiga (można tę rurkę zwinąć w spiralkę – inne chłodnica) 

 

Płaszczowo – rurkowy 

 
 

2 dna sitowe, w których w otworach 
znajdują się rurki 
 
Wady: 

 

Istnieją miejsca o większej i 
mniejszej liczbie Re (czyli miejsca o 
mniejszym i większym k) 

 

Problem rozszerzalności cieplnej (to 
chyba wtedy gdy w małych rurkach 
jest zimna ciecz a płaszcz jest 
gorący) dlatego buduje się ściany 
pofałdowane. 

 

Szykany – niepełne dno w tym wymienniku. (koło) 
 
 
 
 

A

 

1

 

2

 

B

T

T

3

 

WNIKANIE 
 
PRZEWODZENIE 
 
WNIKANIE 

background image

 
Woda przelatuje przez to niepełne dno, wtedy płynie szybciej i jest lepsza wymiana ciepła. 
 
Wymiennik Typu U –Rurka 
 
 
 

Ten wymiennik jest lepszy pod względem dylabacji – 
rozszerzalności cieplnej 
 
Mniejszy przekrój jest wewnątrz rurek więc do nich 
wlewamy medium, którego jest mniej