Сложный теплообмен. Теплопередача
Сложным теплообменом называется совместный перенос теплотытеплопроводностью, конвекцией и излучением.
Процесс теплообмена в реальных условиях всегда является сложным. Однако, учитывая, что каждый способ передачи теплоты подчиняется сво-им законам, расчет сложного теплообмена выполняется раздельно по каж-дому виду теплообмена, затем определяется суммарный эффект передачи теплоты.
Следует отметить, что теплообмен в газовой среде и на поверхности тел может происходить всеми тремя способами, в жидкостях отсутствует теплообмен излучением, а в твердых телах имеет место только теплопро-
водность. В конкретных случаях, учитывая суммарный эффект переноса те-плоты, можно сложный теплообмен условно свести к одному виду передачи теплоты. Например, в движущихся средах обычно пренебрегают теплопро-водностью ввиду ее незначительности в суммарной передаче теплоты.
Пренебрегают также излучением газовых потоков, если невелика их температура (200-250 °С) и незначительна концентрация излучающих компонентов (СО2, Н2О).
Одним из видов сложного теплообмена является теплопередача — про-цесс теплообмена между двумя подвижными средами, разделенными твердой стенкой. Как и всякий вид теплообмена, теплопередача имеет место, если тем-пературы сред различны. При этом происходит последовательный перенос те-плоты от горячей среды к одной поверхности стенки, затем через твердую стенку к противоположной, от последней — к холодной среде (рис. 3.6).
Если температура обеих сред остается постоянной во времени, то процесс теплопередачи стационарен, при этом на границах раздела фаз (на
поверхностях стенок) также устанавливается постоянная температура. | ||
Расчетное уравнение теплопередачи имеет следующий вид: | ||
где Q — тепловой поток в единицу времени, Вт; F — площадь поверхно- | ||
сти теплообмена, м2; t1 — средняя температура горячей среды, К; t2 | — | |
средняя температура холодной среды, К; | t — температурный напор, | К; |
k —коэффициент теплопередачи,Вт/(м2К). |
а) б)
Рис. 3.6. Теплопередача через однослойную стенку: а — плоскую; б — цилиндрическую 43
Это уравнение является формальным расчетным приемом, перенося-щим все трудности расчета теплопередачи на определение значения k. В действительности тепловой поток зависит от распределения температур и физических свойств среды и поверхностей, находящихся в тепловом взаимодействии.
Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется терми-
ческим сопротивлением теплопередаче,т.е. R 1/ k .
Поскольку при теплопередаче осуществляется последовательный пе-реход теплоты от одной среды в другую через разделяющие их поверхно-сти, то сопротивление теплопередаче равно сумме сопротивлений тепло-передаче через границы раздела фаз и стенку, расположенную на пути рас-пространения тепловой энергии:
где R1 — термическое сопротивление теплопередаче от первой среды к по-верхности стенки, R1 = 1/α1; Rст — термическое сопротивление стенки, равное сумме сопротивлений ее слоев, Rст = δст/λст; R2 — термическое со-противление теплопередаче от стенки ко второй среде, R2 = 1/ α2.
Так как на поверхности перенос теплоты осуществляется конвекцией и излучением, то коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 должны учитывать суммарный эффект теплопередачи.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие виды передачи теплоты вам известны?
2. Теплопроводность. Дайте определение и поясните физический смысл.
3. В чем заключается сущность конвективного теплообмена?
4. В чем заключается сущность лучистого теплообмена?
5. Теплопередача. Дайте определение и поясните физический смысл.
Дата добавления: 2016-06-15; просмотров: 11733;