Изучение процессов теплопередачи при различных условиях теплообмена

 

13.1. Цель работы

 

Изучение процесса теплопередачи и характеризующих его величин. Ознакомление с законами распространения теплоты посредством теплопередачи и методами определения основных параметров при переносе теплоты через различные типы поверхностей.

13.2. Задачи работы

 

Выполнить расчет параметров процесса теплопередачи при переносе теплоты через стенку заданной конфигурации.

 

13.3. Теоретические положения

 

Рассматриваемые выше процессы теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение на практике редко встречаются обособлен­но. Конвекция, например, часто сопровождается тепловым излучением, теп­лопроводность в пористых телах – конвекцией и излучением в порах, а теп­ловое излучение – теплопроводностью и конвекцией [3].

Процесс переноса тепла между потоком и стенкой также является ре­зультатом совокупного действия конвективного теплообмена и теплового из­лучения, это так называемый сложный теплообмен. Лучистый теплообмен учитывают обычно при достаточно высоких температурах теплоносителя t_ж или теплоотдающей поверхности t _C. При сложном теплообмене количественной характеристикой процесса является суммарный коэффициент теплоотдачи:

(13.1)

где α_K – коэффициент теплоотдачи конвекцией;

α_Л – коэффициент теплоотдачи излучением.

Удельные тепловые потоки конвекции q_К и лучистого теплообмена q_Л, соответственно равны:

q_К = α_К∙(t_C – t_Ж)∙А, Вт/м² (13.2)

, Вт/м² (13.3)

где ε – приведенная степень черноты системы;

C₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 Вт/(м²∙К⁴);

Т _ж, Т_C – соответственно абсолютная температура жидкости и поверхности, К.

Суммируя эти уравнения, получим:

(13.4)

При рассмотрении процесса переноса теплоты от нагретого теплоноси­теля к холодному через твердую стенку задача еще более усложняется. Этот сложный процесс называется теплопередачей.

Ко­личественной характеристикой процесса теплопередачи является коэффициент теплопередачи К, значение которо­го определяет тепловой поток от одной жидкости к другой через единицу по­верхности при разности температур между жидкостями а один градус ºС или К. При этом уравнение теплопередачи имеет вид:

 

, Вт (13.5)

где Ф –тепловой поток, Вт;

К –коэффициент теплопередачи, Вт /(м² ∙ К);

t_Ж1 и t_Ж2 – температуры жидкостей, ºС;

F – поверхность теплообмена, м².

Если площадь поверхности равна 1 м² или соответствует участку трубы длиной 1 м по оси, то получаем удельный тепловой поток q (Вт/м²) или линейный тепловой поток q_L ( Вт/м).

Физическая сторона сложною процесса теплопередачи всецело опре­деляется явлениями теплопроводности, конвекции и теплового излучения, а коэффициент теплопередачи является количественной, чисто расчетной ха­рактеристикой процесса. Связь между коэффициентом теплопередачи, с од­ной стороны, и коэффициентами теплопроводности и теплоотдачи – с другой, зависит от формы стенки, отделяющей горячую жидкость от холодной.