Теплопередача між двома теплоносіями через плоску стінку.

Часто приходиться розраховувати стаціонарний процес переносу теплоти від одного теплоносія до іншого через стінку яка їх розділяє(Рис.14.1). Такий процес називається теплопередачею. Отже:

Теплопередача - це процес передачі тепла від одного середовища до другого через стінку, що розділяє середовище.

Даний процес об’єднує всі розглянуті нами раніше елементарні процеси. Спочатку теплота передається від гарячого теплоносія t_г1 до одної із поверхонь стінки шляхом конвекційного теплообміну, котрий, як це показано в п.1, може супроводжуватись випромінюванням. Інтенсивність процесу тепловіддачі буде характеризуватися коефіцієнтом тепловіддачі α₁.

Потім теплота теплопровідністю переноситься від однієї поверхні стінки до іншої. Термічний опір теплопровідності R_λ буде розраховуватися по формулам розглянутими в л.11 в залежності від виду стінки. І, в кінці кінців, теплота знову шляхом конвекційного теплообміну, який характеризується коефіцієнтом тепловіддачі α₂, передається від стінки до холодного газу або рідини.

При стаціонарному режимі тепловий потік Q у всіх трьох процесах однаковий,

а перепад температур між нагрітим і холодним газом(рідинами) вкладається із трьох складових:

1) між нагрітим газом(рідиною) та поверхнею стінки. Позначимо

, тоді згідно закону Ньютона-Ріхмана

; (14.3)

між поверхнями стінки:

(14.4)

3)між другою поверхнею стінки, площа якої може бути різною, та холодним газом(рідиною):

(14.5).

Просумуємо ліві та праві частини виразів (14.3), (14.4) та (14.5), одержимо

(14.6),

звідки

(14.7).

Формулу (14.7) можна використовувати для розрахунків теплопередачі через любу стінку – плоску, циліндричну, одношарову, багатошарову і т.д. Різниця при цьому буде тільки в розрахункових формулах для R_λ.

Величина R_α називається термічним опором тепловіддачі, а сумарний термічний опір R_k – термічним опором теплопередачі.

Використовуючи поняття термічного опору, ми знову підвели формулу для розрахунку теплового потоку до залежності аналогічній закону Ома. У процесі передачі теплоти крізь стінку між двома теплоносіями тепловий потік долає три послідовно «включених» термічні опори: опір тепловіддачі R_α₁; опір теплопровідності R_λ; та знову опір тепловіддачі R_α₂. Після розрахунку теплового потоку Q із співвідношень (14.3), (14.5) можна визначити температуру на поверхнях стінки:

(14.8)

(14.9)

У разі теплопередачі через плоску стінку (Рис.14.1), для якої R_λ=δ/(λS), а площа поверхонь стінки однакова з обох сторін S₁=S₂=S, зручніше розраховувати густину теплового потоку q. Тоді вираз (14.7) буде мати вигляд:

(14.10)

(14.11),

де k – коефіцієнт теплопередачі. Він характеризує інтенсивність процесу теплопередачі від одного теплоносія до другого через розділяючи їх стінку. Чисельне значення коефіцієнта теплопередачі рівне тепловому потоку від одного теплоносія до другого крізь 1 м², розділяючої їх, плоскої стінки при різниці температур теплоносіїв у 1 К.

У випадку багатошарової стінки замість відношення δ/λ в формулах (14.10), (14.11) слід підставити суму цих відношень для кожного шару.

Слід звернути увагу на різницю між коефіцієнтами теплопровідності λ, тепловіддачі α та теплопередачі k. Коефіцієнт теплопередачі є чисто розрахункова величина, котра визначається коефіцієнтами тепловіддачі з обох сторін стінки та її термічним опором. Важно підкреслити, що коефіцієнт тепло передачі ніколи не може бути більшим α₁, α₂ та δ/λ. Сильніше всього він залежить від найменшого із цих значень, залишаючись завжди менше нього. В граничному випадку, коли, наприклад, α₁«α₂ і α₁«δ/λ, k ≈ α₁.

Коефіцієнт теплопередачі використовують і при розрахунках теплового потоку крізь тонкі циліндричні стінки(труби), якщо d_н/ d_вн ≤ 1,5:

(14.12)

Площу поверхні труби S_тр беруть при цьому з тієї сторони з якої коефіцієнт тепловіддачі менший. Якщо α₁≈ α₂, то доцільно площу рахувати по середньому діаметру труби:

В даному випадку погрішність від заміни в розрахунках циліндричної стінки на плоску буде мінімальна.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Складний теплообмін.	\|	Інтенсифікація теплопередачі.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.