КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Передача теплоты через плоскую однослойную и многослойные стенки
Перенос теплоты от одной среды (горячей) к другой (холодной) через однослойную ли многослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей.
Примеров процессов теплопередачи в технике – множество. В некоторых из них требуется снизить количество теплоты, передающееся теплопередачей, в других наоборот – интенсифицировать процесс передачи теплоты.
Теплопередача – сложный вид теплообмена, в котором теплота передается всеми способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.
Процесс передачи теплоты через твердую стенку можно условно разделить на три этапа:
I этап – перенос теплоты конвекцией от горячего теплоносителя к стенке. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью и часто тепловым излучением. В этом случае стенка воспринимает теплоту, и коэффициент теплоотдачи α1, определяющий суммарную интенсивность переноса теплоты к стенке и учитывающий все виды теплообмена, часто называют коэффициентом тепловосприятия.
II этап – перенос теплоты теплопроводностью через стенку. Стенка может быть пористой (например, из строительного материала), а при распространении теплоты в пористых телах теплопроводность связана с конвекцией и излучением в порах.
III – перенос теплоты конвекцией от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю. Здесь также конвекция всегда сопровождается теплопроводностью и часто тепловым излучением. Суммарная интенсивность отдачи теплоты всеми видами теплообмена от стенки к холодному теплоносителю определяется коэффициентом теплоотдачи α2.
Как правило, задаются температуры горячей и холодной сред (теплоносителей) и закон теплоотдачи между поверхностями стенки и теплоносителями, полученный на основе закона сохранения энергии: 
, т.е. граничные условия III рода.
Количество теплоты, переданной горячим теплоносителем стенке путем конвективного теплообмена, определяется по уравнению Ньютона-Рихмана:
Q = α1· F · (t1 – t'ст), (9.1)
Тепловой поток, переданный теплопроводностью через плоскую однослойную стенку согласно закону Фурье:
Q = λ/δ· F · (t'ст – t''ст), (9.2)
Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю определяется также по закону конвективного теплообмена Ньютона-Рихмана:
Q = α2· F · (t''ст – t2), (9.3)
По закону сохранения энергии – сколько теплоты воспринимает стенка, столько же она и отдает, поэтому величины Q в уравнениях (1, 2 и 3) равны.
Решая эти три уравнения переноса теплоты относительно разности температур (температурных напоров), получаем:
Складывая почленно полученные равенства, и решая полученное уравнение относительно Q, имеем:
(9.4)
Или плотность теплового потока:
(9.5)
В уравнениях (9.4) и (9.5) величина 
имеет размерность Вт/м2·град и называется коэффициентом теплопередачи:
(9.6)
Тогда тепловой поток:
Q = k · F · (t1 – t2), (9.7)
А плотность теплового потока при теплопередаче:
q = k · (t1 – t2). (9.8)
Полученное уравнение (8) называют уравнением теплопередачи.
Численное значение коэффициента теплопередачи – это количество теплоты, проходящей в единицу времени через единицу поверхности стенки от горячего теплоносителя к холодному при разности температур между ними в 1 градус.
Коэффициент теплопередачи, характеризуя интенсивность передачи теплоты, является (как и коэффициент теплоотдачи) характеристикой конкретного процесса и его численное значение всегда меньше меньшего из коэффициентов теплоотдачи α1 и α2.
Для определения k требуется предварительное определение α1 и α2, которые в большинстве случаев являются величинами сложными, и, как правило, учитывают теплообмен конвекцией и излучением:
α = αкон + αизл.
Величина обратная коэффициенту теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному называется общим термическим сопротивлением и является суммой термических сопротивлений приведенных выше условных трех этапов передачи теплоты:
(9.9)
- называют внешними термическими сопротивлениями, а 
называют термическим сопротивлением стенки.
В случае передачи теплоты через многослойную плоскую стенку (n слоев) в уравнениях (9.4) и (9.5) в знаменателе следует подставить суммарное термическое сопротивление всех ее слоев:
(9.10)
(9.11)
По аналогии общее термическое сопротивление и коэффициент теплопередачи через плоскую стенку из n слоев:
(9.12)
(9.13)
Температуры на поверхностях плоской стенки можно определить из следующих уравнений:
(9.14)
А при известных α и k и из формул:
(9.15)
Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 242; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |