Лекция № 142
Теплопередача - сложный теплообмен
Теплопередача – сложный теплообмен, при котором теплота передается двумя или даже тремя способами одновременно (теплопроводностью, конвекцией и излучением).
Наиболее распространённым случаем сложного теплообмена является теплоотдача от поверхности к газу (или от газа к поверхности). При этом имеет место конвективный теплообмен между поверхностью и омывающим её газом, и, кроме того, та же самая поверхность излучает и поглощает энергию, обмениваясь потоками излучения с газом и окружающими предметами. В целом, интенсивность сложного теплообмена в этом случае характеризуют суммарным коэффициентом теплоотдачи
α = αк+ αл (1)
Обычно считают, что конвекция и излучение не влияют друг на друга. Коэффициент теплоотдачи конвекцией αк считают по различным критериям, а под коэффициентом теплоотдачи излучением αл понимают отношение плотности теплового потока излучением к разности температур поверхности газа:
αл = qл / (tc - tг). (2)
Теплопередача через плоскую стенку
Передача теплоты от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их твердую стенку любой формы называется теплопередачей. Примером теплопередачи служит перенос теплоты от дымовых газов к воде через стенки труб парового котла, включающий в себя конвективную теплоотдачу от горячих дымовых газов к внешней стенке, теплопроводность в стенке и конвективную теплоотдачу от внутренней поверхности стенки к воде. Особенности протекания процесса на границах стенки при теплопередаче характеризуются граничными условиями третьего рода, которые задаются температурами жидкости с одной и другой стороны стенки, а также соответствующими значениями коэффициентов теплоотдачи.
|
| Рис.1. Теплопередача через плоскую стенку |
Рассмотрим процесс теплопередачи через однородную плоскую стенку толщиной δ (рис.1). Заданы: коэффициент теплопроводности стенки λ, температуры окружающей среды tж1 и tж2, коэффициенты теплоотдачи α1 и α2. Необходимо найти тепловой поток от горячей жидкости к холодной и температуры на поверхностях стенки tс1 и tс2. Плотность теплового потока от горячей среды к стенке определится уравнением
|
(3)
При стационарном режиме этот же тепловой поток пройдет путем теплопроводности через твердую стенку и будет передан от второй поверхности стенки к холодной среде за счет теплоотдачи:
(4)
Перепишем приведенные уравнения в виде:
(5)
Складывая левые и правые части полученных равенств, запишем
(6)
Отсюда
| , | (7) |
где
| . | (8) |
Величинаk называется коэффициентом теплопередачи, который выражает количество теплоты, проходящее через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между горячей холодной и горячей жидкостью, равной 1К (размерность Вт/(м2·К)).
Температуры на поверхностях однородной стенки определяются из уравнений:
| (10) |
| (11) |
Количество тепла, которым обмениваются теплоносители, остается неизменным для процессов теплоотдачи от одного теплоносителя к стенке и от стенки к другому теплоносителю, а также теплопроводности по толщине стенки:
;
; (13)
.