Стационарная теплопроводность.

Передача тепла через однослойную стенку.

Стационарное температурное поле в однослойной плоской стенке.

Распределение температуры по толщине стенки является линейным – уравнение имеет вид:

где ;

С₂=t₁

Таким образом, искомое распределение температуры по толщине стенки имеет вид:

Плотность теплового потока, проходящего через стенку определяем, используя уравнение Фурье:

,

где – термическое сопротивление.

Передача тепла через многослойную стенку.

Стены металлургических печей и других нагревательных устройств обычно выкладывают из различных огнеупоров, в несколько слоев: три, четыре и более.

Стационарное температурное поле в многослойной стенке:

d₁, d₂, d₃ – толщина слоев;

l₁, l₂, l₃, – коэффициенты теплопроводности материалов слоев;

; ; .

Складывая, левые и правые части получим:

;

или

Лекция 9:

Передача тепла конвекцией

Общие сведения

Явление конвекции заключается в переносе тепла движущимися объемами газа или жидкости. Одновременно с конвекцией в газах осуществляется перенос тепла теплопроводностью. В технике часто встречаются конвективный теплообмен газа или жидкости с поверхностью твердых тел. Например при работе обогревателя: воздух соприкасается с горячей поверхностью нагревателя, плотность уменьшается, поднимается вверх; на его место поступают новые холодные объемы воздуха.

Величина теплового потока Q, обусловлена конвективным теплопереносом, определяется законом Ньютона:

,

где a – коэффициент теплопередачи конвекцией, вт/(м²*град), ккал/(м²*ч*град);

t – температура источника тепла;

t_п – температура омываемой теплоносителем поверхности,

F – площадь поверхности теплообмена.

Удельный тепловой поток при конвективном теплообмене:

где 1/a – термическое сопротивление теплоотдачи или внешнее тепловое сопротивление.

Внешний теплообмен конвекций связан с омыванием газом поверхности нагрева или охлаждения. Тепловой поток при передачи конвекцией определяется по формуле Ньютона:

, Вт, (1)

где α – коэффициент теплоотдачи,

t1 – температура теплоотдающей среды (твердого тела при его охлаждении, газа – при нагреве)

t2 – температура тепловоспринимающей среды (твердого тела – при его нагреве, газа или жидкости – при охлаждении), С

Удельный тепловой поток равен:

, (2)

Для определения коэффициентов теплоотдачи α обычно пользуются экспериментальными формулами, разработанными на основе теории подобия критериальном виде. Определяемым в этих формулах является критерий Нуссельта:

, (3)

где d­ ­– линейный размер твёрдого тела, м;

λ – коэффициент теплопроводности среды,

Определяющий критерий зависит от характера движения (свободное или вынужденное) и режимы движения (ламинарное или турбулентное).