5. Сложный теплообмен.

5.1. Теплопередача.

Сложный теплообмен (или теплопередача) наиболее часто встречающийся и практически важный случай передачи тепла от одной жидкости или газа к другой через разделяющую их стенку. При этом могут иметь место все виды переноса тепла (конвекция, теплопроводность, излучение).

При теплопередаче процесс переноса тепла протекает в 3 этапа:

• на 1 - тепло передается за счет конвективного теплообмена и излучения от первого теплоносителя к стенке;

• на 2 - тепло передается за счет теплопроводности через твердую стенку (одно - или многослойную);

• на 3 - тепло передается за счет конвективного теплообмена и излучения ко второму теплоносителю.

Количество переданного тепла в единицу времени при теплопередаче через стенку определяется по уравнению теплопередачи

, Вт

Удельный тепловой поток при теплопередаче равен

, Вт/м²

где k, коэффициент теплопередачи, определяемый в зависимости от условий протекания процесса, Вт/м² К.

Величина k определяется по основным характеристикам процесса переноса тепла на отдельных этапах передачи для каждого вида теплопередачи отдельно.

5.2. Теплопередача через плоские стенки.

5.2.1. Однослойная плоская стенка.

Рассмотрим процесс теплопередачи через твердую плоскую стенку от теплоносителя 1 к теплоносителю 2 (Рис. 17). Температура теплоносителей t₁ и t₂, температура на поверхностях стенки t_ст1 и t_ст2, характеристики стенки  и , характеристики процесса теплоотдачи обоих теплоносителей, коэффициенты ₁ и ₂ учитывают суммарную теплоотдачу конвекцией и излучением.

Для плоской стенки удельный тепловой поток q - величина постоянная на каждом этапе теплопередачи.

В соответствии с рассмотренными выше закономерностями разных процессов переноса тепла для каждого этапа теплопередачи, можно записать уравнение теплового потока

1 этап ,

2 этап ,

3 этап .

Определяя из приведенных уравнений разности температур для каждого этапа отдельно, складывая почленно полученные равенства и сокращая одинаковые температуры, получим с учетом q=пост.

,

откуда

.

Сравнивая полученное уравнение и исходное уравнение удельного теплового поток при теплопередачи, получим выражение коэффициента теплопередачи для плоской стенки.

.

Введем понятие - термическое сопротивление теплопередаче через плоскую стенку

,

откуда

Из полученного уравнения следует, что термическое сопротивление теплопередачи через плоскую стенку равно сумме термических сопротивлений на всех этапах теплопередачи - термическое сопротивление теплоотдачи от первого теплоносителя - , термическое сопротивление теплопроводности через стенку - , термическое сопротивление теплоотдаче ко второму теплоносителю - .

5.2.2. Многослойная плоская стенка

При теплопередаче через многослойные плоские стенки их термические сопротивления последовательно складываются и термическое сопротивление теплопередаче будет равно

,

а тепловой поток при теплопередаче через многослойную плоскую стенку равен

.