Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи.
В практических инженерных расчетах теплоотдачу, т.е. теплообмен между поверхностью твердого тела и движущейся средой, соприкасающейся с этой поверхностью, описывают законом Ньютона-Рихмана (20).
Согласно закону Ньютона-Рихмана тепловой поток Q от жидкости к стенке или от стенки к жидкости пропорционален поверхности теплообмена F и разности температур ∆t=(tc-tж) жидкости и стенки:
, [Вт] (114)
Разность температур (tc-tж) или (tж- tc) называют температурном напором.
Уравнение Ньютона-Рихмана для всего тепла Qτ, передаваемого за время τ запишется:
, 
(115)
для плотности теплового потока:
, 
(116)
Уравнения (113)- (115) записаны для случая tc> tж. Если tж< tc, то в эти уравнения нужно записать tж - tc.
Коэффициент пропорциональности α, входящий в уравнение Ньютона-Рихмана, называется коэффициентом теплоотдачи. Он учитывает конкретные условия процесса теплоотдачи, влияющие на его интенсивность и имеет размерность:[α]=Вт/м2*К
Коэффициент теплоотдачи α характеризует интенсивность теплообмена на границе жидкость - стенка и численно равен количеству тепла, переданного в единицу времени через единицу поверхности, при разности температур между поверхностью и жидкостью в один градус. Коэффициент теплоотдачи α в отличие от коэффициента теплопроводности λ не является физическим параметром среды и зависит от многих факторов.
В общем случае коэффициент теплоотдачи может изменяться по поверхности теплообмена, и поэтому различают средний по поверхности и локальный илиместный коэффициент теплоотдачи. Поэтому в общем случае с учетом переменности по поверхности уравнение Ньютона-Рихмана запишется:
,
отсюда 
Последнее тождество можно рассматривать как определение α: коэффициент теплоотдачи есть плотность теплового потока на границе жидкость - стенка, отнесенная к разности температур стенки и жидкости. В соответствии с сказанным в уравнениях (113)-(115) под α следует понимать его среднее значение.
Применение формулы Ньютона-Рихмана никаких принципиальных упрощений для расчета конвективной теплоотдачи не дает. Вся сложность расчета в этом случае переносится на определение коэффициента теплоотдачи, т.е. простота формулы (113)-(115) является лишь кажущейся. В общем случае является функцией многих величин:
Т.е. в общем случае α является функцией скорости движения жидкости, режима движения, физических параметров жидкости, температуры жидкости и тела, формы и размеров омываемого тела и т.д.
Инженерное решение задач конвективного теплообмена сводится чаще всего к определению α и вычислению количества переданной теплоты по формулам (2.127)-(2.129). Так как определить коэффициент теплоотдачи путем аналитического решения, приведенной в предыдущем параграфе, системы дифференциальных уравнений достаточно сложно, а в некоторых случаях и вообще невозможно, то для расчета α применяют теорию подобия.
Теплообмен между серыми телами в лучепрозрачной среде.
При рассмотрении теплообмена в системе твердых тел считаем заданными температуры этих тел, а искомыми — результирующие тепловые потоки, т. е. тепло, поглощаемое или излучаемое телами за единицу времени в результате теплообмена. Все тела считаем серыми, однако в пределе они могут быть и абсолютно черными (ε=1,0).
Для определения результирующего теплового потока i-того тела Qi в системе из n тел необходимо решить систему уравнений
(13.5)
Вместо одного из уравнений можно использовать уравнение теплового баланса
Для тел, поглощающих тепло, результирующий тепловой поток имеет положительное значение, для тел, отдающих тепло, — отрицательное.
В случае замкнутой системы из двух твердых тел, разделенных лучепрозрачной средой, решение системы уравнений (13.5) для тела 1имеет вид
Q1=Cпр(θ12-θ11)F11 (13.7)
где Cпр — приведенный коэффициент излучения системы, Вт/(м²*К4), определяется по формуле
(13.8)
где — приведенная степень черноты системы.
Для тел с высокой степенью черноты при практических расчетах можно использовать упрощенное выражение для приведенного коэффициента излучения системы
Cпр=CSε1ε2 (13.9)
Если в теплообмене двух тел участвует третье тело, являющееся адиабатным, для которого результирующий поток равен нулю (например, огнеупорная футеровка), причем все три тела образуют замкнутую систему, то результирующий тепловой поток также можно определить по формуле (13.7), а приведенный коэффициент излучения системы — по (13.8), заменяя значения угловых коэффициентов излучения φji на φобщ ji
Угловой коэффициент излучения φобщ ji учитывает отражение тепла от адиабатной поверхности и в общем случае может быть рассчитан по формуле
(13.10)
где k— адиабатное тело.