18.4. Сложная теплотдача

Разделение общего процесса переноса тепла на элементарные – теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение – является лишь методическим приемом. В действительности эти явления протекают одновременно и, естественно, влияют друг на друга. Конвекция, например, всегда сопровождается теплопроводностью или лучеиспусканием; теплопроводность в пористых телах – конвекцией и лучеиспусканием в порах, а лучеиспускание – теплопроводностью и конвекцией.

В практических расчетах разделение таких сложных процессов на элементарные не всегда возможно и целесообразно. Обычно результат одновременного действия отдельных элементарных процессов приписывают одному из них, которое принимают главным. Влияние же остальных сказывается лишь на величине количественной характеристики основного.

Если теплообмен происходит между твердой стенкой и газообразной средой (например, воздухом), то тепло передается совместно конвекцией и излучением. Такой процесс переноса тепла получил название сложной теплоотдачи. Типичным примером сложной теплоотдачи являются потери тепла стенками аппаратов в окружающую среду.

Количество тепла, отдаваемое стенкой в единицу времени омывающему ее газу, за счет конвективного теплообмена составит , а за счет теплового излучения

.

Если ввести обозначения

, (18.46)

где – коэффициент теплоотдачи при лучеиспускании, то количество тепла, переданное излучением, выразится равенством

. (18.47)

Общее количество тепла, отданное стенкой в единицу времени, составит:

, (18.48)

либо

,

где  – приведенный коэффициент теплоотдачи, показывающий, какое количество тепла отдает 1 м² стенки в окружающую среду в единицу времени при разности температур стенки и среды 1 С за счет конвективного теплообмена и теплового излучения.

В инженерных расчетах часто определяют приближенно по эмпирическим уравнениям. Например, при расчете тепла, теряемого наружной поверхностью аппаратов, находящихся в закрытых помещениях, в окружающую среду, можно рассчитать, пользуясь уравнением

, (18.49)

где – температура наружной поверхности стенки аппарата. Это уравнение применимо в пределах изменения 50350 С.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду аппараты и трубопроводы покрывают слоем тепловой изоляции.

18.5 Численные значения коэффициентов теплоотдачи

Чтобы произвести приближенный расчет теплообмена, не располагая расчетными уравнениями и точными сведениями о значениях свойств веществ, а также оценить результаты расчетов, произведенных по теоретическим или эмпирическим формулам, необходимо располагать хотя бы приближенными значениями коэффициентов теплоотдачи. Ниже приводятся ориентировочные пределы значений коэффициентов теплоотдачи в промышленных теплообменных аппаратах.

При нагревании и охлаждении Вт/(м²∙К)

воздуха 1,16 – 58

псевдоожиженного слоя 200 – 400

перегретого пара 23,2 – 116

масел 58 – 1740

воды 232 –11600

При кипении воды 580 – 52200

При пленочной конденсации водяных паров 4600 – 17400

При капельной конденсации водяных паров 4600 – 140000

При конденсации паров органических жидкостей 580 – 2320