20. Теплопередача через плоскую однослойную стенку.

Теплопередачей называется процесс теплообмена между двумя теплоносителями разделенными твердой стенкой.

Представим тепловой поток в виде 3-х уравнений:

1)q = - - теплопередача от первого теплоносителя к стенке;

2)q = - - теплопроводность стенки;

3)q = - - теплопередача от стенки ко второму теплоносителю. Таким образом, теплопередача это совокупность трех перечисленных процессов преобразовав систему (1,2,3) все температуры слева, все другие справа и сложив получим уравнение:

q = q = , где = – коэффициент теплопередачи однослойной стенки.

Теплопередача плоской многослойной стенки с учетом теплового сопротивления контакта.

При наличии многослойной плоской стенки с учетом теплового сопротивления контакта можно получить:

q = (****)

Знаменатель (****) представляет тепловое сопротивление многослойной плоской стенки.

21. Однородная цилиндрическая стенка. Пусть имеется цилиндрическая стенка с внутренним диаметром d₁, внешним - d₂ и длиной l. Стенка трубы однородна; ее коэф. теплопроводности λ. Внутри трубы горячая среда с t-рой t_Ж1, снаружи - холодная с t-рой t_Ж2. Т-ры пов-тей стенки неизвестны, обозначим их через t_c1 и t_c2. Со сто­роны горячей среды суммарный коэф. теплоотдачи α₁, со стороны холодной - α₂.

При установившемся тепловом состоянии системы кол-во теплоты, отданное горячей и воспринятое холодной средой, одно и то же. Следовательно, можно написать:

Из этих соотношений опр. частные t-рные напоры:

С кладывая уравнения системы, получаем полный температурный напор

Из уравнения определяется значение линейной плотности теплового потока q₁:

откуда линейный коэффициент теплопередачи (на 1 м длины трубы)

Величина, обратная линейному коэф. теплопередачи, 1/k₁ наз. линейным термическим сопротивлением теплопередачи: Последнее означает, что общее термическое сопротивление равно сумме частных - термического сопротивления теплопроводности стенки и термических сопротивлений теплоотдачи и . Значения t_c1 и t_c2 определяются из уравнений (а).

2) Однородная многослойная цилиндрическая стенка. Если стенка состоит из нескольких слоев диаметрами d₁, d₂, …, d_n и коэф. теплопроводности их соответственно λ₁, λ₂, ..., λ_n, то общее термическое сопротивление теплопередачи будет равно:

22.Физическая сущность явления теплоотдачи.

Теплообмен между твердым телом и жидкостью осуществляется конвекцией в массе жидкости, расположенной вдали от поверхности тела, и теплопроводностью с конвекцией вблизи поверхности, или внутри так называемого пограничного слоя. Такой вид теплообмена называется конвективной теплоотдачей.

Интенсивность теплоотдачи оценивается коэффициентом теплоотдачи , который определяется по формуле Ньютона-Рихмана:

(1)

Согласно этому закону, конвективный тепловой поток Q_k пропорционален разности температур стенки и жидкости и поверхности теплообмена . Коэффициент теплоотдачи (в системе СИ измеряется в Вт/м²К) является сложной функцией различных величин, характеризующих процесс теплопередачи. В общем случае коэффициент теплопередачи  является функцией формы (Ф), размером (I₁, I_2, …….,I_п), тела, температур (Т_w и T_f), скорости жидкости (W_f), физических свойств жидкости – коэффициента теплопроводности (), удельной теплоемкости (С_р), плотности , вязкости v и других факторов:

(2)

Теоретическое значение коэффициента теплоотдачи может быть получено решением системы, состоящей из дифференциальных уравнений теплопроводности, движения, неразрывности, теплоотдачи и краевых услловий. Совокупность этих уравнений математически полностью описывает процесс конвективного теплообмена. Аналитические решения вышеуказанной системы получены лишь для ограниченного числа задач, поэтому процессы конвективного теплообмена в основном изучаются экспериментальными методами. Но здесь необходимо отметить, что, в последнее время, всвязи с развитием численных методов решения подобных систем дифференциальных уравнений и внедрением персональных компьютеров широкий класс задач конвективного теплооьмена решается на ЭВМ.

Общий принцип экспериментального определения коэффициента теплопередачи  состоит в измерении количества тепла Q_к и температурного напора между стенкой и жидкостью в стационарном режиме. В обычных условиях условиях осуществить в чистом виде конвективную теплоотдачу затруднительно, так как часть тепла отводится излучением. Вледствие этого для определения коэффициента теплоотдачи  применяют зависимость:

(3)

Отсюда определяем :

(4)

здесь - степень черноты тела, Вт/(м²К⁴) – коэффициент излучения асолютно черного тела, Q – полное количество теплоты (тепловой поток), отдаваемое телом ( в опыте соответствует мощности нагревателя,вт) в стационарном режиме.