4.3.2. Уравнение Ньютона-Рихмана

При практических расчетах используют уравнение Ньютона-Рихмана:

Q = F ^.  (t_г - t_с). (4.7.)

Cогласно уравнению Ньютона-Рихмана, количество тепла, переданного от теплоносителя к стенке или от стенки к теплоносителю пропорционально поверхности теплообмена, времени и температурному напору:

t = t_г - t_с,

а также коэффициенту теплоотдачи , которым учитываются конктерные условия процесса.

Для удельного теплового потока имеем:

q =  (t_г - t_с), (4.8)

где  — коэффициент теплоотдачи (в рассматриваемом случае от теплоносителя к стенке);

[] = В/м^2.К;

t_г, t_с — соответственно температуры теплоносителя (на границе пограничного слоя) и поверхности стенки.

Коэффициент  определяет собой интенсивность теплообмена и численно равен удельному тепловому потоку при температурном напоре, равном единице (одному градусу).

Уравнение Ньютона-Рихмана (4.7) имеет простой вид. Вся сложность расчета при его использовании заключается в определении коэффициента . Практически познание процесса конвективной теплоотдачи сводится к определению зависимости  от различных факторов.

Теоретический метод определения  чрезвычайно сложен и не обеспечивает требуемой точности. Поэтому для его определения используют теоретико-экспериментальный путь с привлечением теории подобия и размерностей.

Коэффициент теплоотдачи  определяет условия теплообмена и процесса в целом и является в силу этого весьма важной величиной в конвективном теплообмене.

4.4. Передача теплоты через плоскую однослойную и многослойную стенки (теплопередача)

Перенос теплоты от одной подвижной среды (горячей) к другой (холодной) через однослойную или многослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей.

Примерами теплопередачи могут служить: передача теплоты от греющей воды к воздуху помещения через стенки нагревательных батарей центрального отопления, передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах, передача теплоты от конденсирующего пара к воде через стенки труб конденсатора, передача теплоты от нагретых газов к воде через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания и т.д. Во всех рассматриваемых случаях стенка служит проводником теплоты и изготовляется из материала с высокой теплопроводностью.

В других случаях, когда требуется уменьшить потери теплоты, стенка должна быть изолятором и изготовляться из материала с хорошими теплоизоляционными свойствами. Стенки встречаются самой разнообразной формы: в виде плоских или ребристых листов, в виде пучка цилиндрических, ребристых или игольчатых труб, в виде шаровых поверхностей и т.п.

Теплопередача представляет собой весьма сложный процесс, в котором теплота передается всеми способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Действительно, при наличии стенки процесс теплопередачи складывается из трех звеньев . Первое звено — перенос теплоты конвекцией от горячего теплоносителя к стенке. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью и часто — лучеиспусканием. Второе звено — перенос теплоты теплопроводностью через стенку. При распространении теплоты в пористых телах теплопроводность связана с конвекцией и излучением в порах. Третье звено — перенос теплоты конвекцией от второй поверхности стенки к холодному теплоносителю. В этой передаче теплоты конвекция также сопровождается теплопроводностью и часто излучением.