43. Теплопередача. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи.

Процесс передачи теплоты от одной среды (теплоносителя) к другой среде (теплоносителю) через разделяющую их стенку называется теплопередачей и состоит из процессов теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки к холодному теплоносителю. При установившемся процессе теплопередачи средние температуры горячего и холодного теплоносителей (сред) остаются постоянными вдоль поверхности стенки, а тепловой поток сохраняет неизменное значение (Q = const).

Расчетная формула стационарного процесса теплопередачи имеет следующий вид:

где Q – тепловой поток; k – коэффициент теплопередачи; F – площадь поверхность теплопередачи; = (tm1 – tm2) – средний температурный напор (средняя разность температур).

Коэффициент теплопередачи k выражает количество передаваемой теплоты в единицу времени через единицу площади поверхности при температурном напоре равном 1 градусу.

В большинстве случаев при движении теплообменивающихся жидкостей вдоль поверхности теплообмена их температуры изменяются. Коэффициент теплопередачи также изменяется по поверхности теплообмена.

О днако, во многих случаях можно рассматривать величину коэффициента теплопередачи постоянной по всей поверхности теплообмена, а разность температур между жидкостями принимать средней по поверхности теплообмена. В этом случае для определения теплового потока имеем

44. Теплопередача через плоскую однослойную и многослойную плоскую стенку

Р ассмотрим процесс передачи теплоты через плоскую стенку поверхностью F, толщиной и коэффициентом теплопроводности . При известных температурах горячего и холодного теплоносителя , а также коэффициентов теплоотдачи от горячего и холодного теплоносителей решение сводится к определению теплового потока, плотности теплового и температур внутренней и наружной поверхности стенки (граничные условия третьего рода). Принимая во внимание условие постоянства теплового потока можно записать ряд равенств

; ;

Складывая левые и правые части уравнений характеризующих разности температур и учитывая, что получим выражение для итоговой разности температур

где –термическое сопротивление плоской стенки (м^{2 0}С\Bm)

Отсюда, следует выражение для плотности теплового потока и теплового потока (уравнение теплопередачи плоской стенки)

, (1.207)

где q – плотность теплового потока (Вт/м² ); Q – тепловой поток (Вт);

k=1/R – коэффициентом теплопередачи плоской стенки (Вт/м² ºС)

(1.208 )

; - термические сопротивления теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя, теплопроводности плоской стенки и термические сопротивления теплоотдачи со стороны холодного теплоносителя соответственно.

Температура внутренней и наружной поверхности стенки определяется из следующих соображений:

, (1.209)

отсюда имеем

, (1.210)

В случае многослойной стенки состоящей из п слоев тепловой поток и плотность теплового потока определяются по уравнениям аналогичным однослойной (1.207) за исключением того, что термическое сопротивление и следовательно коэффициент теплопередачи определяются с учетом термических сопротивлений каждого слоя.

Температура поверхности и на стыке слоев определяется из тех же соображений, что и для однослойной стенки