9. Теплопередача

Теплопередача через многослойную стенку происходит всеми видами теплообмена: на поверхностях имеют место конвективный и лучистый теплообмен, а в толще ограждений - теплопроводность. Если с одной стороны многослойной стенки поддерживается температура t_вн, а с другой стороны t_нар. < t_вн, то возникает тепловой поток q, Вт/м², который преодолевает последовательно все тепловые сопротивления, т.е.

q(R_вн. + R₁ + R₂ + R₃ + R_нар.) = t_вн - t_нар.

Величина, обратная сопротивлению теплопередаче, названа коэффициентом теплопередачи К, Вт/(м² °С):

K = .

_. Тогда q = K(t_вн.- t_нар.).

В технике встречаются два вида задач, связанных с регулированием процесса теплопередачи. Один вид задач связан с необходимостью уменьшения количества передаваемой теплоты (тепловых потерь), т. е. с необходимостью применения тепловой изоляции. Другой вид задач связан с необходимостью увеличения количества передаваемой теплоты.

При изоляции труб термическое сопротивление, отнесенное к 1 м длины трубы, определяется из уравнения

,

где d₁ – наружный диаметр трубы, d₂- наружный диаметр изоляции.

Видим, что второе слагаемое увеличивается при увеличении d₂, а третье – уменьшается. Существует критический диаметр d₂=d_кр=,соответствующий минимальному термическому сопротивлению изоляции.

В интервале d₂d_кр термическое сопротивление изоляции падает с увеличением d₂, в интервале d₂d_кр термическое сопротивление изоляции увеличивается с ростом d₂.

При необходимости увеличения количества передаваемой теплоты достаточно увеличить площадь поверхности стенки, сделав ее ребристой с той стороны, где меньше теплоотдача. Ребра увеличивают площадь поверхности теплообмена и таким образом при том же α способствуют повышению количества передаваемой теплоты.

Q = α₂ S₂ (t₂-t_ж).

Отношение S₂/S₁ называется коэффициентом оребрения стенки.

Вопросы тестов

1. В процессе теплопередачи, представленной на рисунке, сопротивление передаче теплоты от более нагретой жидкости 1 к стенке характеризуется термическим сопротивлением теплоотдачи .

2.В процессе теплопередачи, представленной на рисунке, сопротивление передаче теплоты внутри стенки характеризуется термическим сопротивлением теплопроводности стенки.

3.В процессе теплопередачи, представленной на рисунке, коэффициент теплопередачи стенки и ее термическое сопротивление связаны соотношением k ..

4.Коэффициент теплопередачи для плоской стенки вычисляется по формуле

.

5.Если, то коэффициент теплопередачи для плоской стенки, представленной на рисунке, имеет вид.

Решение: Так както общая формула для коэффициента теплопередачи плоской однослойной стенки может быть преобразована к следующему виду

6.Если , то коэффициент теплопередачи для плоской стенки, представленной на рисунке, имеет вид.

Решение: Так как, то общая формула для коэффициента теплопередачи плоской однослойной стенки может быть преобразована к следующему виду

7. Если ито коэффициент теплопередачи для плоской стенки, представленной на рисунке, имеет видk ..

8.В процессе теплопередачи, представленной на рисунке, вектор плотности теплового потока направлен вдоль направления, обозначенного цифрой 4.

9.Если δ₁ = 0,1м, λ₁ = 50 Вт/(м К), δ₂ = 0,2 м, λ₂ = 50 Вт/(м К), то термическое сопротивление теплопроводности двухслойной стенки в (м²К)/Вт равно 0,006.

10.Если λ_из = 0,05 Вт/(м К), α₂ = 10 Вт/(м² К), то критический диаметр тепловой изоляции равен 0,01 м.

Решение: Критический диаметр тепловой изоляции

11.Если d_нар.= 1 м, d_кр. = 0,9 м, то утолщение теплоизоляции на трубе приводит к уменьшению суммарного термического сопротивления теплопередачи.

12.Коэффициент оребрения поверхности К_ор = 20, термическое сопротивление гладкой поверхности R_α = 100 м²К/Вт. Если пренебречь термическим сопротивлением ребер, то термическое сопротивление оребренной поверхности в м²К/Вт равно 5.