1.2.9 Теплопередача
В теплотехнике тепловой поток от одной жидкости (или газа) к другой часто передаётся через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплоотдача соприкосновением является необходимой составной частью, называется теплопередачей.
Примерами такого сложного теплообмена могут быть: теплообмен между водой (или паром) в отопительном приборе и воздухом в помещении; между воздухом в помещении и наружным воздухом.
Рассмотрим этот вид сложного теплообмена на конкретном примере, имеющем прямое отношение к изучаемой дисциплине.
Теплопередача через плоскую однослойную стенку.
Р
ассмотрим
теплопередачу через плоскую однослойную
стенку. Примем, что тепловой поток
направлен слева направо, температура
нагретой среды tж1,
температура холодной среды tж2.
Температура поверхностей стенки
неизвестны: обозначим их как tс1
и tс2
(рис. 2.1).
Передача теплоты в рассматриваемом примере представляет собой процесс сложного теплообмена и состоит как бы из трёх этапов: теплоотдача 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 полагается, что поверхностные плотности тепловых потоков в трёх указанных этапах одни и те же, если стенка плоская и режим теплообмена стационарный.
Напишем уравнения теплового потока:
Этап 1. Уравнение теплоотдачи от нагретой среды (жидкости или газа) к поверхности стенки:
.
Этап 2. Уравнение теплопроводности через стенку:
.
Этап 3. Уравнение теплоотдачи от правой поверхности стенки к холодной среде:
.
Решив эти уравнения относительно частных температурных напоров, получим:
Сложив почленно эти уравнения, получим полный температурный напор:
,
откуда поверхностная плотность теплового потока:
.
Величина k называется коэффициентом теплопередачи и представляет собой плотность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м2 поверхности при разнице температур между средами 1К. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче и обозначается R, м2К/Вт:
.
Эта формула показывает, что общее термическое сопротивление равно сумме частных сопротивлений.