2015-06-28
1416
Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение удобно для изучения этих процессов. В действительности очень часто встречается сложный теплообмен, при котором теплота передается двумя или даже всеми тремя способами одновременно.
Наиболее распространенным случаем сложного теплообмена является теплоотдача от поверхности к газу (или от газа к поверхности). При этом имеет место конвективный теплообмен между поверхностью и омывающим ее газом и, кроме того, та же самая поверхность излучает и поглощает энергию, обмениваясь потоками излучения с газом и окружающими предметами. В целом интенсивность сложного теплообмена в этом случае характеризуют суммарным коэффициентом теплоотдачи:
а = ак + ал. (12.1)
Обычно считают, что конвекция и излучение не влияют друг на друга. Коэффициент теплоотдачи конвекцией ак считают по формулам, приведенным ранее, а под коэффициентом теплоотдачи излучением ал понимают отношение плотности теплового потока излучением qA к разности температур поверхности и газа:
|
|
|
aл = qизл/{tc — tr).(12.2)
Способы расчета теплового потока излучением qизлизложены в следующей лекции.
Пример расчёта суммарного коэффициента теплоотдачи. Рассчитать полный тепловой поток и суммарный коэффициент теплоотдачи от трубопровода диаметром dH = 0,l м, длиной / = 10 м, температура отопительной батареи tc = 85 °C, использованной для отопления гаража, температура воздуха в котором 20, а стен 15 °С. Значение ак = 6,63 Вт/(м2-К).
Отдельно тепловые потоки для условий данной задачи составляют: конвективный QK = 1353 Вт, а лучистый Q* = 1360 Вт. Суммарный тепловой поток Q = 1353+1360 = 2713 Вт.
Тогда ал = 1360/[3,14∙0,1∙10 (85-20)] = 6,66 Вт/(м2-К).
Суммарное значение составляет а = ак + ал = 6,63 + 6,66=13,3 Вт/(м2-К).
Как видно из примера, даже при низких температурах вклад излучения в теплообмен между поверхностью и газом может быть значительным, особенно при низкой интенсивности теплоотдачи конвекцией.
Если одна из составляющих коэффициента теплоотдачи существенно выше второй, то влиянием второй можно пренебречь. Например, в топках паровых котлов и печей, где скорости течения газов невелики, а температура газов больше 1000°С, обычно принимают а = ал и, наоборот, при теплообмене поверхности с потоком капельной жидкости определяющим является конвективный теплообмен, т. е. а = ак.
Контрольные вопросы и задачи
12. Граничные условия первого, второго и третьего рода.
13. Закон Ньютона-Рихмана.
14. Коэффициент теплоотдачи.
28. Конвективный теплообмен.
29. Виды конвекции.
30. Динамический и тепловой пограничные слои.
31. Виды движения жидкости.
|
|
|
32. Числа Рейнольдса, Нуссельта, Прандтля, Грасгофа.
33. Механизм передачи теплоты при различных режимах течения.
34. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости.
35. Система дифференциальных уравнений для конвективного теплообмена.
36. Условия однозначности.
37. Три теоремы подобия.
38. Уравнение подобия.
39. Критерии подобия.
40. Средние температура и скорость жидкости.
41. Эквивалентный диаметр.
42. Теплоотдача в змеевиках.
43. Теплоотдача одиночной трубы при поперечном движении жидкости.
44. Теплоотдача при омывании пучка труб.
45. Теплоотдача жидких металлов.
46. Особенности теплообмена при больших скоростях.
47. Температура торможения.
48. Число Маха.
49. Собственная температура.
50. Коэффициент восстановления.
51. Теплоотдача при свободном и вынужденном движении жидкости.
10.1. Почему в сауне с температурой более 100°С человек может находиться довольно долго, а в кипящей воде нет?
10.2. Оценить влияние скорости жидкости на коэффициент теплоотдачи при продольном обтекании пластины.
10.3. Получить зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи от трубы к движущемуся внутри нее потоку газа, например, к воздуху.
10.4. Оценить влияние температуры воздуха на интенсивность конвективной теплоотдачи от него к стенке трубы.
10.5. Каким образом можно интенсифицировать теплоотдачу при конденсации пара на вертикальной трубе?
