Часть 1 Основы теплопередачи

1.4.4. Теплопроводность многослойной цилиндрической стенки

Допустим, что мы имеем цилиндрическую стенку, состоящую из n разнородных слоев (рис. 1.7), заданных диаметрами d1,d2,d3,...,dn, dn+1. Слои так плотно прилегают друг к другу, что на соприкасающихся поверхностях температуры одинаковы, тогда при стационарном режиме в стенке устанавливаются температуры tc1,tc2,tc3 …,tcn,tc(n+1).

Рис. 1.7

Определим величину линейной плотности теплового потока

qℓ.:

При стационарном режиме значение линейной плотности теплового потока ql для любого слоя численно одно и то же:

- 23 -

только в жидкой среде, так как перенос теплоты неразрывно связан с движением самой среды.

ры в жидкости происходит в тонком слое, прилегающем к стенке, который был назван пограничным слоем (введен немецким ученым Л. Прандтлем). За пределами этого слоя температура меняется мало.

Конвективный теплообмен – это процесс переноса теплоты в потоке жидкости, имеющей различные температуры вдали от стенки, при совместном действии конвекции и теплопроводности.

В процессе теплоотдачи тепловой поток рассчитывается по закону Ньютона-Рихмана:

(1.17).

где α – коэффициент теплоотдачи, характеризует интенсивность переноса теплоты между потоком среды и стенкой. Его величина численно равна количеству теплоты, проходящей через единицу площади поверхности в единицу времени при разности температур между средой и стенкой в 1°С:

Поскольку в процессе теплоотдачи жидкость охлаждается, а

стенка нагревается либо наоборот, то tж tc усредняют. Эта разность

температур tж tc называется средним логарифмическим температурным напором.

- 25 -

Таблица. 1.2

Ориентировочные значения коэффициента теплоотдачи α

в промышленных теплообменных аппаратах

Вода применяется в промышленной аппаратуре не только потому, что основная часть планеты состоит из океана, но и потому, что при применении воды как теплоносителя высокое значение α позволяет существенно увеличить значение тепловых потоков.

Принимая во внимание, что теплоотдача является процессом, зависящим не только от физических характеристик жидкости или газа, но и от характера движения жидкости или газа у поверхности твердого тела, процесс теплоотдачи является очень сложным.

1.5.1. Теплопередача. Теплопередача через плоскую стенку. Основное уравнение теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи

Теплопередача – процесс переноса теплоты между потоками горячего и холодного теплоносителей часто через разделяющую эти потоки твердую стенку (рис. 1.9). Обозначения на рис. 1.9: α1, α2 – коэффициент теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от противоположной поверхности стенки к потоку холодного теплоносителя.

- 26 -

1.5.2. Теплопередача через однослойную цилиндрическую стенку

Допустим, что цилиндрическая стенка (труба) с одной стороны омывается потоком горячего теплоносителя с температурой tж , а с другой стороны – потоком холодного теплоносителя с температурой tж2 (рис. 1.10). При наступлении стационарного режима, на противоположных поверхностях стенки устанавливаются температуры tс и tс2. При этом α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от противоположной поверхности стенки к потоку холодного теплоносителя.

Рис. 1.10

В случае теплоотдачи от потока горячего теплоносителя к внутренней поверхности цилиндрической стенки согласно закону Ньютона-Рихмана qℓ запишется

- 29 -

Здесь π d1 l =F1, м2. При стационарном режиме то же значение линей-

Линейная плотность теплового потока в случае теплоотдачи от наружной поверхности цилиндрической стенки потоку холодного теп-

Записанные исходные соотношения переписываем относительно температурных напоров и складываем левые и правые части:

Здесь tж – tж2 –температурный напор между теплоносителями.

где Rl - сумма линейных термических сопротивлений теплопередачи