
- •Министерство образования и науки
- •Введение
- •1. Основные положения теплопроводности
- •1.1. Температурное поле
- •1.2. Температурный градиент
- •1.3. Основной закон теплопроводности
- •1.4. Коэффициент теплопроводности
- •1.5. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •1.6. Краевые условия
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 1
- •2. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях первого рода
- •2.1. Теплопроводность через однослойную плоскую стенку
- •2.2. Теплопроводность через многослойную плоскую стенку
- •2.3. Теплопроводность через однослойную цилиндрическую стенку
- •2.4. Теплопроводность через многослойную цилиндрическую стенку
- •2.5. Теплопроводность через шаровую стенку
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 2
- •3. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях третьего рода. Коэффициент теплопередачи
- •3.1. Передача теплоты через плоскую
- •Однослойную и многослойную стенки (теплопередача)
- •3.2. Передача теплоты через цилиндрические однослойную и многослойную стенки
- •3.3. Передача теплоты через шаровую стенку
- •3.4. Передача теплоты через ребристую стенку
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 3
- •4. Конвективный теплообмен
- •4.1. Основы теории конвективного теплообмена
- •Физические свойства жидкостей
- •Режимы течения и пограничный слой
- •4.2. Коэффициент теплоотдачи
- •4.3. Основы теории подобия Основные понятия
- •4.4. Критериальные уравнения
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 4
- •5. Конвективный теплообмен в вынужденном и свободном потоке жидкости
- •5.1. Средняя температура. Определяющая температура.
- •Эквивалентный диаметр
- •5.2. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах
- •5.3. Теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах
- •5.4. Теплообмен при течении жидкости вдоль пластины
- •5.5 Теплообмен при поперечном обтекании одиночной трубы
- •5.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучка труб
- •5.7. Конвективный теплообмен в свободном потоке жидкости
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 5
- •6. Теплообмен излучением
- •6.1. Общие сведения о тепловом излучении
- •6.2. Основной закон поглощения
- •6.3. Основные законы теплового излучения
- •6.4. Лучистый теплообмен между твердыми телами
- •6.5. Экраны
- •6.6. Излучение газов
- •6.7. Сложный теплообмен
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 6
- •7. Теплообменные аппараты
- •7.1. Типы теплообменных аппаратов
- •7.2. Основные положения теплового расчета
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 6
- •Библиографический список
3.2. Передача теплоты через цилиндрические однослойную и многослойную стенки
Рассмотрим
стационарный процесс передачи тепла
через цилиндрическую однородную стенку
длиной l
от горячей среды с постоянной
температурой t
и коэффициентом теплоотдачи
к холодной среде с постоянной
температуройt
и коэффициентом теплоотдачи
(рис. 3.2). Внутренний диаметр цилиндрической
стенки
,
внешний диаметр
.
В этом случае количество тепла, переданное от горячей к холодной среде за единицу времени определяется по формуле
,
Вт,
(3.12)
где выражение
,
Вт/м.град
(3.13)
называют линейным коэффициентом теплопередачи.
t
Q
r
Рис. 3.2
При этом плотность теплового потока, проходящего через единицу длины цилиндрической стенки, будет равна
,
Вт/м.
(3.14)
Числовое
значение линейного коэффициента
теплопередачи цилиндрической стенки
есть количество теплоты, проходящей
через один метр трубы в единицу времени
от горячей к холодной среде при разности
температур между ними в один градус.
Поэтому уравнение (3.12) можно написать в следующем виде:
,
Вт.
(3.15)
При переносе теплоты через многослойную цилиндрическую стенку, имеющую n слоев, тепловой поток будет равен
,
Вт.
(3.16)
Плотность теплового потока, отнесенная к внутренней или наружной поверхности, определяется по уравнениям
,
Вт/м
;
(3.17)
,
Вт/м
.
(3.18)
Величину,
обратную коэффициенту теплопередачи,
называютполным
линейным термическим сопротивлением
теплопередачи
через цилиндрическую стенку:
,
м.град/Вт,
(3.19)
где
и
– термические сопротивления
теплоотдачи со стороны
горячей и холодной сред;
–термическое
сопротивление многослойной цилиндрической
стенки.
Температуры внутренней и наружной поверхностей определяют по формулам:
,
,
(3.20)
,
.
(3.21)
3.3. Передача теплоты через шаровую стенку
При
граничных условиях третьего рода для
полого шара известны: внутренний и
внешний диаметры d,
d
температура горячей среды внутри шара
t
и температура холодной среды
,
коэффициент теплоотдачи от горячей
жидкости к внутренней поверхности шара
и коэффициент теплоотдачи от наружной
поверхности шара к окружающей среде
.
В этом случае при стационарном режиме значение величины теплового потока определяется по формулам:
,
Вт,
(3.22)
или
,
Вт,
(3.23)
откуда коэффициент теплопередачи для шаровой стенки:
,
Вт/град.
(3.24)
Величину,
обратную коэффициенту
:
,
град/Вт,
(3.25)
называют полным термическим сопротивлением теплопередачи шаровой стенки.