1.7.Сложный теплообмен

1.7.1. Понятие сложного теплообмена

Разделение общего процесса переноса теплоты на элементарные явления - теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение - производится в основном из методологических соображений. В действительности же эти явления протекают одновременно и конечно, как-то влияют друг на друга. Конвекция, например, часто сопровождается тепловым излучением, теплопроводность в пористых телах - конвекцией и излучением в порах, а тепловое излучение - теплопроводностью и конвекцией.

В практических расчетах разделение таких сложных процессов на элементарные явления не всегда возможно и целесообразно.

Обычно результатом совокупного действия отдельных элементарных явлений приписывается одному из них, которое считается главным. Влияние же отдельных (второстепенных) явлений сказывается лишь на количественной характеристике основного.

1.7.2. Понятие о и и их сумме

Перенос теплоты между потоком излучающего газа и стенкой также является результатом действия конвективного теплообмена и теплового излучения. Это так называемый сложный теплообмен. Если преобладающим является процесс конвекции, то количественной характеристикой сложного теплообмена является суммарный (общий) коэффициент теплоотдачи

= + , (1.104)

где - учитывает действие конвекции и теплопроводности;

- действие теплового излучения.

Если - температура газа и - температура тепловоспринимающей стенки, то каждой единице поверхности передается теплота путем соприкосновения

(1.105)

и путем теплового излучения:

. (1.106)

Суммируя (1.105) и (1.106), имеем

= + = ( - )+ . (1.107)

Так как вынося за скобки ( - ), получаем:

= , (1.108)

или

=( + )( )= ( ) . (1.109)

Из уравнений (1.107) и (1.108) имеем:

(1.110)

где ε - приведенная степень черноты системы;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела =5,67 Вт/(м² );

θ - температурный коэффициент.

Если 0,9≤ <1,1, и обозначим , то:

, (1.111)

или

. (1.112)

При таком допущении ошибка получается менее 1 %. Если стенка омывается капельной жидкостью, например водой, тогда _л = 0 и ₀ = _к . В дальнейшем, если нет особой оговорки, буквой  будем обозначать суммарный коэффициент теплоотдачи, учитывающий как конвекцию, так и тепловое излучение.

Если преобладающим является процесс теплового излучения, то расчеты переноса теплоты ведут по формуле теплообмена излучением. Влияние на общий теплообмен конвективной составляющей учитывают увеличением приведенной степени черноты системы, т.е.

, (1.113)

где _к - условная степень черноты, учитывающая влияние процесса конвекции на теплообмен, определяемая по уравнению

. (1.114)

1.8. Теплопередача

1.8.1. Понятие о теплопередаче

Теплопередачей называется теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их стенку. При рассмотрении процесса переноса теплоты от нагретого теплоносителя к холодному через твердую стенку задача еще более усложняется. Здесь процесс определяется совокупным действием рассмотренных ранее элементарных явлений. В качестве примера возьмем парогенератор. Здесь от горячих газов и внешней поверхности труб перенос теплоты осуществляется теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением; через стенку трубы - только теплопроводностью; от внутренней поверхности трубы к воде - конвекцией и теплопроводностью. Количественной характеристикой этого процесса является коэффициент k - значение которого определяет количество теплоты, переданное в ед. времени, через ед. поверхности стенки от одной жидкости к другой при разности температур между ними в один градус:

, (1.115)

где k- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); - средние температуры горячего и холодного теплоносителя, ºC; F - площадь поперечного сечения, м²