6. Теплообмен по формуле Ньютона

Процесс конвекции происходит лишь в жидкостях и газах и представляет собой перенос теплоты в результате перемещения и перемешивания частиц жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Если перемещение частиц жидкости или газа обуславливается разностью их плотностей, то такое перемещение называют естественной конвекцией. При естественной конвекции нагретые объемы теплоносителя поднимаются, охладившиеся – опускаются. Если жидкость или газ перемещается с помощью насоса, вентилятора, эжектора и других устройств, то такое перемещение называют вынужденной конвекцией. Теплообмен происходит в этом случае значительно интенсивнее, чем при естественной конвекции. Тепловой поток Q, Вт, передаваемый при конвективном теплообмене, определяется по формуле Ньютона Q = α ⋅ F ⋅(tж – tс) (1.20)

где α – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м2⋅К); t ж – температура теплоносителя (жидкости или газа), °С; t с – температура поверхности стенки, °С; F – поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой, м2.

Формулу можно использовать для определения теплового потока как при теплоотдаче от жидкости или газа к стенке, так и при теплоотдаче от стенки к жидкости или газу.

7. Теплообмен по закону Стефана-Больцмана При теплообмене излучением между двумя поверхностями, находящимися параллельно на небольшом расстоянии друг от друга, количество теплоты, передаваемой излучением с одной поверхности на другую, на основании закона Стефана – Больцмана может быть определено по формуле

где C – приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2⋅К);

где С , С – коэффициенты излучения тел, между которыми происходит процесс лучистого теплообмена;

Со – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,68 Вт/(м2⋅К4).

В строительной практике иногда возникает необходимость уменьшения интенсивности теплообмена излучением. Одним из эффективных средств уменьшения интенсивности теплообмена служат защитные экраны, выполненные из материалов с малой поглощательной и большой отражательной способностями.

8. Сложный теплообмен при теплопередаче через плоскую стенку.

Сочетание различных видов теплообмена может быть весьма разнообразным, но роль их в общем процессе неодинакова. Это так называемый сложный теплообмен. Процесс теплообмена между стенкой и омывающим ее газом является типичным примером сложного теплообмена – совместного действия конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

В теплотехнике часто тепловой поток от одной жидкости (или газа) к другой передается через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплоотдача соприкосновением является необходимой составной частью, называется теплопередачей. При теплопередаче через плоскую однослойную стенку процесс сложного теплообмена состоит из трех этапов: теплоотдача от нагретой среды к левой поверхности стенки, теплопроводность через стенку и теплоотдача от правой поверхности стенки к холодной среде.

Тепловой поток в каждом случае передачи теплоты будет записываться следующим образом:

1. Уравнение теплоотдачи от нагретой среды к стенке

2. Уравнение теплопроводности через стенку

3. Уравнение теплоотдачи от стенки к холодной среде

Выразив из этих уравнений температурный напор, ºС, и почленно сложив эти уравнения, получим полный температурный напор

откуда поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2, для процесса теплопередачи через однослойную плоскую стенку

Величина k называется коэффициентом теплопередачи и представляет собой мощность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м2 поверхности стенки за 1 ч при разнице температур между средами 1°С. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче и обозначается R , м2⋅К/Вт.

В теплотехнике часто тепловой поток от одной жидкости (или газа) к другой передается через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплоотдача соприкосновением является необходимой составной частью, называется теплопередачей.

При теплопередаче через плоскую однослойную стенку (рис. 1.5) процесс сложного теплообмена состоит из трех этапов: теплоотдача от нагретой среды к левой поверхности стенки, теплопроводность через стенку и теплоотдача от правой поверхности стенки к холодной среде.

Тепловой поток в каждом случае передачи теплоты будет записываться следующим образом:

1. Уравнение теплоотдачи от нагретой среды к стенке

2. Уравнение теплопроводности через стенку

3. Уравнение теплоотдачи от стенки к холодной среде

Выразив из этих уравнений температурный напор, .С, и почленно сложив эти уравнения, получим полный температурный напор:

откуда поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2, для процесса теплопередачи через однослойную плоскую стенку:

Величина k называется коэффициентом теплопередачи и представляет собой мощность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м2 поверхности стенки за 1 ч при разнице температур между средами 1°С. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче и обозначается R , м2.К/Вт.

При теплопфередаче через многослойную стенку с n слоев плотность теплового потока определяется таким же образом. При этом коэффициент теплопередачи и термическое сопротивлении теплопередаче согласно определению: