Вентилируемая воздушная прослойка

Рассмотрим стационарный тепловой режим ограждения с воз­душной прослойкой, через которую непрерывно продувается воздух (рис.9). Вентилируемая прослойка отделена от помещения с температурой t_в внутренней частью конструкции, имеющей коэффи­циент теплопередачи K_в. Наружная часть конструкции имеет коэф­фициент теплопередачи K_н и отделяет продух от наружного воздуха с температурой t_н. Массовый расход воздуха равен j, кг/ч, через 1 м длины щели. Воздух в прослойку поступает с температурой t₀ (в общем случае отличной от t_н и t_в) и, проходя через нее, изменяет свою температуру. На некотором расстоянии l_кр поток воздуха приобре­тает некоторую неизменную температуру t_в._п, зависящую от условий передачи тепла через ограждение и не связанную с его начальной тем­пературой.

Рис. 9. К выводу уравнения теплопередачи через ог­раждение с вентилируемой воздушной прослойкой

Задача состоит в определении температуры воздуха t в произволь­ном сечении прослойки и в определении теплопередачи через такую конструкцию.

Приступая к решению задачи, определим температуру t_в.п в виде:

(34)

или (35)

где R₀ = 1/ K_в + 1/ K_н = (K_в + K_н ) / K_в K_н (36)

При определении К_в и K_н учитывают только конвективные сос­тавляющие теплообмена на поверхностях прослойки, т. е.

K_в=1 / (1/ K'_в + 1/ α_к)

K_н=1 / (1/ K'_н + 1/ α_к) (37)

где K'_в и K'_н — коэффициенты теплопередачи внутренней и наруж­ной частей ограждения от поверхностей воздушной прослойки; α_к —коэффициент конвективного теплообмена одной поверхности с воз­духом, движущимся в прослойке со скоростью v.

Среднее значение коэффициента конвек­тивного теплообмена α_к для воздуха по длине прослойки равно:

(38)

где v — скорость, м/с; ∆t — разность температур воздуха и поверх­ности воздушной прослойки; t — средняя из этих температур; d — эквивалентный диаметр, равный 4F/P (F — площадь и Р — пери­метр канала).

Значения ε в зависимости от l/d следующие:

l/d . . . 1 2 5 10 15 20 30 40 50 и более

ε. . . . 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1,0

Среднее значение а_к для воздуха при t_в = 0° С равно:

α_к = 3,51υ^0,8d^-0,2 (39)

При малых расходах воздуха темпе­ратура t_в.п. устанавливается на близком расстоянии от входа в прослойку и ос­тается неизменной по всей длине прос­лойки. При расчете передачи тепла че­рез ограждение с вентилируемой прос­лойкой, если можно считать, что температура воздуха по всей длине равна t_в._n. При определении сопротивления теплопередаче огражде­ния R₀ величину R_в._п в этом случае нужно принять равной:

R_в._п= 1 / (0,5 α_к +α_л) (40)

Скорость воздуха в прослойке определяется по формуле:

(41)

где t_ср принимается равной t_в.п.,

h – разность высот отверстий воздуха в прослойку и выхода из нее.