Теплопередача как сложный вид теплообмена

Теплопередача

Как правило, теплообмен протекает одновременно посредством двух, а чаще трех простых видов теплообмена. Такой теплообмен называется сложным.

Теплопередача - это сложный вид теплообмена, при котором теплота передается от

одной подвижной горячей среды к другой подвижной холодной среде через твердую стенку

(рис. 2.50). При этом в передаче теплоты одновременнр принимают участие все виды

теплообмена - теплопроводность, конвекция и излучение, которые были подробно изучены в

предыдущих подразделах. В специальной литературе теплопередачу иногда называют

теплопроводностью при граничных условиях третьего рода.

, „ Действительно, при наличии стенки процесс

жидкость «ь ^а\ „

теплопередачи складывается из трех звеньев. Первое

&2

ту; 7. 2

422-

7~7_

5 звено - перенос теплоты конвекцией от горячего

воздух

д Н-, «2

теплоносителя к стенке. Конвекция всегда

сопровождается теплопроводностью и часто -

излучением.

Рис. 2.50. Теплопередача от Второе звено - перенос теплоты

жидкости к воздуху теплопроводностью через стенку. При

распространении теплоты в пористых телах теплопроводность связана с конвекцией и излучением в порах.

Третье звено - перенос теплоты конвекцией от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю. В этой передаче теплоты конвекция также сопровождается теплопроводностью и излучением.

Примерами теплопередачи могут служить: передача теплоты от греющей воды к воздуху помещения через стенки нагревательных батарей центрального отопления, передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах, передача теплоты от конденсирующего пара к воде через стенки труб конденсатора, передача теплоты от нагретых газов к воде через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания и т. д. Во всех рассматриваемых случаях стенка служит проводником теплоты и изготовляется из материала с высокой теплопроводностью.

В других случаях, когда требуется уменьшить потери теплоты, стенка должна быть изолятором и изготовляться из материала с хорошими теплоизоляционными свойствами.

Стенки встречаются самой разнообразной формы: в виде плоских или ребристых листов, в виде пучка цилиндрических или ребристых труб, в виде шаровых поверхностей и т.п.

Количественной характеристикой процесса теплообмена от движущейся среды к стенке (или наоборот) является суммарный коэффициент теплоотдачи а_Е, Вт/(м²-°С), который учитывает передачу теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением 84

а_г = а„ +а,

(2.181)

где а_к - коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты конвекцией и теплопроводностью, Вт/(м²-°С); а_л - коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением, Вт/(м^2,0С).

Суммарная плотность теплового потока при теплоотдаче определяется по уравнению

Я = Я_К+Я_Л> (2-182)

где д_к, #_л - соответственно конвективная и лучистая составляющие суммарной плотности теплового потока, Вт/м².

Согласно уравнению Ньютона - Рихмана можно записать

(2.183) (2.184)

Як = «к(^Тж ~^Тп)>

4л^=ал(^Тж-^Тп)-

Здесь Тж, Т„ - абсолютные температуры жидкости и поверхности, К.

По закону Стефана - Больцмана удельный лучистый тепловой поток можно найти как

Ял = ^еСс

лоо)

100.

(2.185)

где е - степень черноты поверхности стенки; Со - излучательная способность абсолютно черного тела. Вт/(м -К⁴).;

Из уравнений (2.184) и (2.185) можно определить коэффициент а_Д

а_л = еС₀

V* (т V¹

\йо;

\г п ж)'

(2.186)

На практике с помощью коэффициента а_л, определенного по формуле (2.186), производится учет лучистого теплообмена в задачах теплоотдачи и теплопередачи. Таким образом, суммарная плотность теплового потока при теплоотдаче равна

Ял = («к + <*л)(^Тж ~^Тп) = <*А^Тж ~^Тп)■ (^2Л87)

Входящий в уравнение (2.187) суммарный коэффициент теплоотдачи а?, Вт/(м²-°С), входит также и в уравнение теплопередачи. В дальнейшем будем иметь в виду, что в общем случае теплопередачи от одной среды к другой (рис. 2.50) коэффициенты теплоотдачи а\ш аг, учитывающие конвекцию, теплопроводность и излучение, равны соответственно

(2.188)

^а1=^ак1+^ал1>

(2.189)

Дата добавления: 2014-01-04