2.2. Коефіцієнт тепловіддачі

Процес тепловiддачi описується рiвнянням Ньютона-Рiхмана.

Q =  F (t_c - t_p). (7.6)

де Q - тепловий потiк, Вт.

 - коефiцiєнт тепловiддачi, Вт/(м²K)

F - площа поверхнi теплообмiну, м².

t_c, t_p - температура стiнки i рiдини, ^оС.

З рiвняння (7.6) коефiцiєнт тепловiддачi визначається:

(7.7)

Коефiцiєнт тепловіддачі чисельно дорiвнює кiлькостi теплоти, яка проходить в одиницю часу, через одиницю площi поверхнi теплообмiну при рiзницi температур мiж стiнкою i рiдиною в один градус. Розмiрнiсть  Вт/(м²K).

В загальному випадку коефiцiєнт тепловiддачi залежить вiд багатьох факторiв. До основних вiдносяться: характер руху рiдини бiля поверхнi теплообмiну, властивостей рiдини, форми i стану поверхнi теплообмiну та її розмiщення у просторi та ін.

Коефiцiєнт тепловiддачi, визначений для елементу поверхнi, називають локальним (мiсцевим), для всiєї поверхнi - середнiм.

2.3. Коефiцiєнт теплопередачi

Змiна температур у процесi теплопередачi через циліндричну стiнку показана на рис.7.1.

Теплота вiд "гарячої" рiдини з температурою t_р1 тепловiддачею переходить до внутрішньої поверхнi стiнки. Для цього процесу, використовуючи рiвняння Ньютона-Рiхмана, лiнiйна густина теплового потоку визначається:

q_l =₁  d₁(tр₁ - tс₁). (7.8)

Рис.7.1. Змiна температур у процесi теплопередачi через циліндричну стiнку

Перенесення теплоти теплопровiднiстю через матерiал стiнки вiд внутрiшньої поверхнi до зовнiшньої описується рiвнянням:

(7.9)

Процес тепловiддачi вiд зовнiшньої поверхнi стiнки до "холодної" рiдини описується рiвнянням:

q_ = ₂ d₂(t_с2 - t_р2). (7.10)

Всi три складовi процесу теплопередачi враховуються у загальному рiвняннi, яке описує теплопередачу через цилiндричну стiнку.

Тепловий потiк визначається:

Q = k_  (t_р1 - t_р2). (7.11)

Лiнiйна густина теплового потоку:

q_ = k_ (t_р1 - t_р2). (7.12)

У рiвняннях (7.11), (7.12) k_l - лiнiйний коефiцiєнт теплопередачi, що чисельно дорівнює кількості теплоти, яка проходить в одиницю часу через одиницю довжини циліндричної стінки при різниці температур між середовищами в один градус. Для одношарової стiнки вiн визначається:

(7.13)

Якщо стiнка багатошарова, наприклад, трьохшарова, то

(7.14)

В рiвняннях (7.13) i (7.14) знаменник являє собою термiчний опiр теплопередачi R, в ньому,

- лiнiйний термiчний опiр тепловiддачi з боку "гарячого" теплоносiя мК/Вт;

- термiчний опiр теплопровiдностi першого шару, мК/Вт;

- термiчний опiр теплопровiдностi другого шару, мК/Вт;

- термiчний опiр теплопровiдностi третього шару, мК/Вт;

- лiнiйний термiчний опiр тепловiддачi з боку "холодного" теплоносiя, мК/Вт.

Загальний термiчний опiр теплопередачi трьохшарової циліндричної стiнки, мК/Вт:

R = R_1 +R_1 +R_2 +R_3 +R_2 , (7.15)

де d₁, d₂, d₃, d₄ - дiаметри циліндричних поверхонь, м.

₁ , ₂ , ₃ - коефiцiєнти теплопровiдностi матерiалу першого, другого i третього шару, Вт/(мК).

Коефiцiєнт теплопередачi може бути вiднесений до внутрiшньої або зовнiшньої поверхнi стiнки

де d_n - зовнiшнiй дiаметр стiнки, м.

Якщо теплопередача має мiсце через плоску стiнку, то тепловий потiк Q визначається за формулою:

Q = k F (t_p1 - t_p2), (7.16)

густина теплового потоку

q = k (t_p1 - t_p2), (7.17)

де F - площа поверхнi теплообмiну, м²;

k - коефiцiєнт теплопередачi, Вт/(м²К), що чисельно дорівнює кількості теплоти, яка проходить в одиницю часу через одиницю площі поверхні при різниці температур між середовищами в один градус.