2 Теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки.

Плоская стенка. На рисунке 8.3

показано распределение тем­пературы в однородной плоской стенке толщиной б при уста­новившемся тепловом режиме. Допустим, что тепловой поток распространяется только в направлении координаты х, а тепло­проводность λ не зависит от температуры.

В стационарном режиме тепловой поток и температура по­верхности стенок постоянны: Ф, t_Cl, £c₂=const. Следовательно, в соответствии с законом теплопроводности можно записать

где А — поверхность стенки, м².

Многослойная стенка. Выведем теперь формулу для стацио­нарного теплового потока через плоскую многослойную стенку (см. рис. 8.4). Пусть мы имеем стенку, состоящую из слоев раз­личной толщины (б_ь бг,..., б„). Теплопроводность отдельных слоев обозначим: Ai, A2,..., А_п. Для одномерного стационарного теплового потока, распространяющегося в направлении оси х, тепловой поток, проходящий через каждый слой, одинаков, и, следовательно, в соответствии с (8.26) можно записать:

2 Теплопередача через плоскую стенку. Коэффициент теплопередачи.

Перенос теплоты от одной подвижной среды (горячей) к другой (холодной) через однослойную или мноослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей.

Примерами теплопередачи могут служить передача теплоты от греющей воды к воздуху помещения через стенки нагревательных батарей центрального отопления, передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах, пере­дача теплоты от конденсирующегося пара к воде че­рез стенки труб конденсатора, передача теплоты от раскаленных газов к воде через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания и т. д. Во всех рассматриваемых случаях стенка служит проводником теплоты и изготавливается из материала с высокой теплопроводностью. В других случаях, когда требуется уменьшить потери теплоты, стенка должна быть изолятором и изготавливаться из материала с хоро­шими теплоизоляционными свойствами. Стенки встречаются самой разнообразной формы: в виде плоских или ребристых листов, в виде пучка цилиндрических, ребристых или игольчатых труб, в виде шаровых по­верхностей и т. д.

Теплопередача представляет собой весьма сложный процесс, в котором тепло передается всеми способа­ми: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Действительно, при наличии стенки процесс тепло­передачи складывается из трех звеньев (рис. 64).

Пер­вое звено - перенос теплоты конвекцией от горячей среды к стенке. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностыо и часто - лучеиспусканием. Второе звено - перенос теплоты теплопроводностью через стенку. При распространении теплоты в пористых телах теплопроводность связана с конвекцией и излучением в порах. Третье звено - перенос теплоты конвекцией от второй поверхности стенки к холодной среде. В этой пе­редаче теплоты конвекция также сопровождается теп­лопроводностью и часто излучением.

Количество теплоты, переданной горячей средой стенке путем конвективного теплообмена, определяет­ся по уравнению Ньютона-Рихмана: где α₁ - коэффициент теплоотдачи от горячей среды с постоянной температурой г, к поверхности стенки, учи­тывающий все виды теплообмена; F- расчетная поверх­ность плоской стенки, м^г.

Тепловой поток, переданный теплопроводностью через плоскую стенку, определяется по уравнению

Тепловой поток, переданный от второй поверхности стенки к холодной среде, определя­ется по той же формуле конвективного теплообмена Ньютона-Рихмана: - Ы, где а_г - коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к хо­лодной среде с постоянной температурой ts.Сколько теплоты воспринимает стенка при стационарном ре­жиме, столько же она и отдает.

Числовое значе­ние коэффициента теплопередачи вы­ражает количество теплоты, проходя­щей через единицу поверхности стенки в единицу времени от горячей к холод­ной среде при разности температур между ними 1 ˚C. Уравнение

вт/м² называют уравнением теплопередачи.

БИЛЕТ -20