Сложный теплообмен и теплопередача

В теплотехнике часто тепловой поток от одной жидкости (газа) к другой передается через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплопередача соприкосновением является необ­ходимой составной частью, называется теплопередачей. Расчетные уравнения теплопередачи зависят от формы стенки, разделяющей теплоносители.

Рассмотрим теплопередачу через плоскую однослойную стенку. Передача теплоты в рассматриваемом примере представляет собой процесс сложного теплообмена и состоит как бы из трех этапов: теплопередача от нагретой среды (жидкости или газа) к левой поверхности стенки, теплопроводность через стенку и теплоотдача от правой поверхности стенки к холодной среде (жидкости или газу). При этом, очевидно, поверхностные плотности тепловых потоков в трех указанных этапах одни и те же, если стенка плоская и режим теплообмена стационарный.

Три известных уравнения теплового потока:

1. Уравнение теплоотдачи от нагретой среды (жидкости или газа) к поверхности стенки

. (2.7)

2. Уравнение теплопроводности через стенку

. (2.8)

3. Уравнение теплоотдачи от правой поверхности стенки к холодной среде

. (2.9)

Поверхностная плотность теплового потока находится из равенства:

. (2.10)

Величина k называется коэффициентом теплопередачи и представляет собой мощность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1м² поверхности стенки за 1ч при разнице температур между средами 1 °С. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче и обозначается R, (м² К) /Вт.

Согласно определению k и R, имеем

. (2.11)

Эта формула показывает, что общее термическое сопротивление равно сумме частных.

Если стенка не однослойная, а состоит из нескольких слоев с различной толщиной δ₁, δ₂, δ₃, …, δ_n и коэффициенты теплопроводности λ₁, λ₂, λ₃, …, λ_n для поверхностной плотности теплового потока будем иметь

. (2.12)

Количество теплоты Q, Вт, переходящей от одной среды к другой через площадь F любой стенки за 1 ч, будет равно

. (2.13)

Дата добавления: 2014-01-15