2.16 Вільна тепловіддача в обмеженому просторі
Частіше всього цей вид теплообміну має місце у вікнах з подвійним заскленням.
Будемо
вважати, що теплообмін відбувається у
обмеженому просторі між двома поверхнями
через деякий теплоносій (рідкий або
газоподібний). Має місце складне явище
конвективного теплообміну, визване
різними температурами стінок. З метою
спрощення інженерних розрахунків
введемо поняття еквівалентний
коефіцієнт теплопровідності
.
Будемо вважати, що процес теплообміну
між поверхнями стінок відбувається по
закону Фурье для теплопровідності при
віртуальному коефіцієнті
.
Тоді маємо питомий тепловий потік:
(
2.92 )
де t1 та t2 – температури відповідних поверхонь;
-
товщина прошарка.
Еквівалентний коефіцієнт теплопровідності визначається таким чином
(
2.93 )
де
- безрозмірний коефіцієнт конвекції;
- реальний коефіцієнт теплопровідності теплоносія.
Коефіцієнт конвекції визначається згідно з критеріальним рівнянням
.
( 2.94 )
Таким чином, циркуляція теплоносія залежить від його фізичних властивостей та різниці температур між частинками.
За визначальний розмір прийнята товщина прошарку, а за визначальну температуру – його середня температура
(
2.95 )
Для розрахунків маємо таку залежність [1]
.
( 2.96 )
Для величин С та n маємо наступну таблицю.
Таблиця 2.3 - Значення коефіцієнтів С та n
№№ |
|
С |
n |
1 |
<103 |
1,00 |
0,0 |
2 |
103÷106 |
0,105 |
0,30 |
|
106÷1010 |
0,400 |
0,20 |
Приклад.
Визначити питомий тепловий потік через
прошарок повітря товщиною
при температурах поверхонь
та
Маємо відповідні величини.
Середня температура
Температурний напір
Теплофізичні характеристики
Критерій Грасгофа
Добуток
Коефіцієнт конвекції
Еквівалентний коефіцієнт теплопровідності
Питомий тепловий потік
.
2.17 Тепловіддача при вимушеному русі в трубах
2.17.1 Турбулентний режим [1]
(
2.97 )
де m - індекс m відноситься до середньої температури внутрішньої поверхні стінки;
d – внутрішній діаметр труби.
2.17.2 Ламінарний режим [1]
(
2.98 )
Формули
(2.97) і (2.98) справедливі для довгих труб,
коли відношення довжини до внутрішнього
діаметра труби
Для коротких труб вводиться коефіцієнт
.
Тоді коефіцієнт тепловіддачі
буде становить
,
( 2.99
)
де
визначається для довгої труби.
Коефіцієнт
визначається згідно з таблицями 2.4 та
2.5.
Таблиця
2.4 - Поправковий коефіцієнт
для турбулентного режиму
Rem/ l/d |
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
1ּ104 |
1,65 |
1,50 |
1,34 |
1,23 |
1,17 |
1,13 |
1,07 |
1,03 |
1 |
2ּ104 |
1,51 |
1,40 |
1,27 |
1,18 |
1,13 |
1,10 |
1,05 |
1,02 |
1 |
5ּ104 |
1,34 |
1,27 |
1,18 |
1,13 |
1,10 |
1,08 |
1,04 |
1,02 |
1 |
1ּ105 |
1,28 |
1,22 |
1,15 |
1,10 |
1,08 |
1,06 |
1,03 |
1,02 |
1 |
1ּ106 |
1,14 |
1,11 |
1,08 |
1,05 |
1,04 |
1,03 |
1,02 |
1,01 |
1 |
Таблиця 2.5 - Значення коефіцієнта для ламінарного режиму
l/d |
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
1,90 |
1,70 |
1,44 |
1,28 |
1,18 |
1,15 |
1,05 |
1,02 |
1,0 |
Для
зігнутих труб вводиться поправковий
коефіцієнт
для
турбулентного режиму
(
2.100 )
де R – радіус закруглення труби.