
- •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
3.4. Передача теплоты через ребристую стенку
Ребристые поверхности применяют для выравнивания термических сопротивлений теплоотдачи с обеих сторон стенки, когда одна поверхность стенки омывается капельной жидкостью с большим коэффициентом теплоотдачи, а другая поверхность омывается газом с малым коэффициентом теплоотдачи, создающим большое термическое сопротивление.
Оребрение стенки с большим термическим сопротивлением позволяет увеличить ее поверхность соприкосновения с горячей (или холодной) средой, уменьшить общее тепловое сопротивление теплопередачи и увеличить тепловой поток.
Температура
ребер изменяется по их высоте, если
,
у основания ребра она равна температуре
поверхности стенки
,
а температура у вершины ребра будет
значительно меньше величины
.
Поэтому участки поверхности ребра у
основания будут передавать больше
теплоты, чем участки ребра у вершины.
Отношение количества теплоты,
передаваемой поверхностью ребер в
окружающую среду –
,
к теплоте
,
которую эта поверхность могла бы передать
при постоянной температуре, равной
температуре у основания ребер, называетсякоэффициентом
эффективности ребер:
,
(3.26)
Коэффициент эффективности ребер всегда меньше единицы. Для коротких ребер, выполненных из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, коэффициент эффективности близок к единице.
Рассмотрим
плоскую стенку толщиной
,
на одной стороне которой имеются
ребра (рис. 3.3).
Рис. 3.3
Температура
гладкой поверхности –
.
Температура поверхности ребер и
простенков между ними принимается
в первом приближении равной постоянной
величине
.
Стенка и ребра выполнены из одного
материала с высоким коэффициентом
теплопроводности
.
Коэффициент теплоотдачи на гладкой
стороне –
,
на ребристой коэффициент теплоотдачи
(приведённый)
–
.
Площадь гладкой поверхности
,
площадь поверхности ребер и промежутков
между ними –
.
Температура горячей среды
,
холодной
.
Тогда для стационарного режима можно
написать три уравнения теплового потока:
,
,
.
Решая эти три уравнения относительно разности температур, получаем расчётную зависимость:
,
Вт.
(3.27)
Здесь
–коэффициент
теплопередачи для ребристой стенки:
,
Вт/град.
(3.28)
Если тепловой поток отнести к единице гладкой поверхности, то в этом случае можно записать:
,
Вт/м
град.
(3.29)
Если тепловой поток отнести к единице ребристой поверхности, то получим зависимость:
,
Вт/м
град.
(3.30)
Для круглой трубы с наружным оребрением, рассуждая аналогично, получаем зависимости:
,
Вт,
(3.31)
,
Вт/м
град.
(3.32)
Здесь
– внутренний диаметр трубы;
–наружный
диаметр трубы.
Приведенные
формулы справедливы для ребер небольшой
высоты. Отношение оребрённой поверхности
к гладкой
называетсякоэффициентом
оребрения.
Точное значение коэффициента теплоотдачи для ребристых поверхностей может быть определено только экспериментальным путем.