Теплопередача через плоску одношарову стінку. Коефіцієнт теплопередачі
Рис. 3.1. Теплопередача через плоску одношарову стінку
Теплообмін між двома теплоносіями через
тверду поверхню (стінку), що їх відокремлює, називають теплопередачею.
Розглянемо випадок тепло- обміну між рідинами через плоску одношарову тверду поверхню (рис. 3.1). У цьому разі процес передачі теплоти
від нагрівальної рідини з температурою Тр1 до рідини, що нагрівається, з температурою Тр2 буде складатися з таких процесів:
– конвективного теплообміну між нагрівальною рідиною з температурою Тр1 і стінкою з температурою Тс1;
- передачі теплоти теплопровідністю через стінку завтовшки d;
- конвективного теплообміну між стінкою з температурою Тс2 і рідиною, що нагрівається, з температурою Тр2.
Для кожного процесу можна записати:
За постійного теплового потоку теплові потоки однакові. Розв’яжемо систему рівнянь (а) відносно різниць температур:
Після складання правих і лівих частин рівнянь системи (б) отримаємо:
(3.1)
звідси
. (3.2)
Позначимо
, (3.3)
тоді густина теплового потоку буде дорівнювати
. (3.4)
Величину називають коефіцієнтом теплопередачі, який характеризує інтенсивність процесу передачі теплоти.
Коефіцієнт теплопередачі чисельно дорівнює кількості теплоти, яка передається від однієї рідини до іншої через 1 м2 поверхні протягом 1 с за різниці температур між рідинами в 1 К; Вт/(м2·К).
Тепловий потік через відокремлюючу плоску поверхню визначають з рівняння
(3.5)
де - площа розрахункової поверхніннн, м2.
Величину теплового потоку в розрахунках можна віднести до одиниці довжини, одиниці поверхні або одиниці об’єму, і розмірність коефіцієнта теплопередачі буде змінюватись.
Величину, обернену коефіцієнту теплопередачі, називають повним термічним опором теплопередачі:
. (3.6)
З наведеного рівняння випливає, що повний термічний опір дорівнює сумі опорів:
(3.7)
де - окремий термічний опір тепловіддачі з боку нагрівальної рідини; - окремий термічний опір стінки; - окремий термічний опір тепловіддачі з боку рідини, що нагрівається.