Общая характеристика теплопередачи

Это комплексный теплообмен, включающий как теплоотдачу, так и теплопроводность. В качестве примера можно привести процесс переноса теплоты от газа (с температурой t1) к жидкости (с температурой t2) через твердую поверхность. Как видно, рассматриваемый комплексный перенос теплоты характеризуется интенсивностью частных теплообменных процессов, в силу чего общий коэффициент теплопередачи k является функцией ряда частных теплообменных коэффициентов:

k

       

Грубо можно считать, что k

наименьшему значению в ряду теплообменных коэффициентов (

и

). Коэффициент теплопередачи определяет количество теплоты, переданное в единицу времени от одной жидкости другой через единицу площади теплопередающей поверхности при разности температур между жидкостями1о. Расчетная формула имеет вид

                                           q = k (t1 – t2).                                              (62)

Очевидно, что k является лишь количественной, чисто расчетной характеристикой процесса передачи теплоты.

 

6.2 Теплопередача через одно- и многослойные стенки с плоскими параллельными поверхностями

 

На рис. 20 изображена плоская стенка толщиной  и имеющая коэффициент теплопроводности

. Эта стенка с одной стороны омывается горячей водой с температурой t 1, а с другой стороны – холодной водой с температурой t 2. В результате процесса передачи теплоты с одной стороны стенка имеет температуру t ст1, а с другой – t ст2. Коэффициент теплоотдачи от горячей жидкости к стенке равен

, а от стенки к холодной жидкости -

.

В установившемся тепловом процессе плотность теплового потока по частным теплообменным процессам остается постоянной. Поэтому для плотности теплового потока можно записать три выражения:

Определим из этих выражений температурные напоры частных теплообменных процессов и выполним сложением правых и левых частей этих выражений.

                                

 

 +

 

 +

 

________________

Отсюда

и

,                                  (63)               

где

                                          (64)

 

 

На рис. 21 изображена двухслойная плоская стенка. Действуя по методике, установленной для однослойной стенки, определим тепловой поток по частным теплообменным процессам, затем определим

каждого тепло-

обменного процесса, суммируем правые и левые части и получаем

                           (65)

где

           (66)

                                                      Для n-слойной стенки k определится

                                                      по следующей формуле

                     (67)

 

 

Рис. 21                               

 

6.3 Теплопередача через одно- и многослойную цилиндрическую стенку

 

На рис. 22 показано изменение температуры при теплопередаче через цилиндрическую трубу с внутренним диаметром d 1, внешним d 2 и длиной

. Известны также коэффициент теплопроводности материала стенки

, температуры горячей жидкости внутри трубы t 1, и холодной жидкости снаружи трубы t 2 , а также коэффициенты теплоотдачи

и

 

Пользуясь методикой, изложенной в предыдущем параграфе, (также в § 2.5), запишем плотность теплового потока для теплоотдачи к стенке

, теплопроводности в стенке

и теплоотдачи от стенки к холодной (нагреваемой жидкости)

   

Далее определим из этих выражений температурные напоры частных теплообменных процессов и выполним сложение правых и левых частей (как видно из приведенных формул, в данном случае плотность теплового потока определяется, как и для всех цилиндрических поверхностей, отношением теплового потока не к площади, а к длине). В результате получим

 

                                         +

 

                                         +

 

                                         ______________________________

Рис. 22

, откуда

где

              (68)

Очевидно, что для многослойных стенок:

т.е.

                  (69)

Следует помнить, что величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередачи и общее термическое сопротивление равно сумме частных термических сопротивлений.

 

6.4 Упрощенные формулы для расчета теплопередачи

 

Если стенка трубы не очень толстая, то вместо формулы

применяется формула для плоской стенки (

), которая для цилиндрической стенки принимает вид

, где k – коэффициент теплопередачи для плоской стенки; dcp – средний диаметр;

- ее толщина, равная полуразности диаметров.

Если d1/d2 > 0,5, то погрешность расчета < 4%. Эта погрешность снижается, если при выборе dcp соблюдать следующее правило::

1)

, dcp = d2; 2)

, dcp = 0,5(d1 + d2); 3)

dср = d1.

То есть при расчете теплопередачи вместо dср берется тот диаметр, со стороны которого

 имеет меньшее значение.