Сложный теплообмен

На практике в передаче теплоты, как правило, участвуют одновременно два или все три способа передачи теплоты – теплопровод-ность, конвекция и излучение.

Передача теплоты одновременно несколькими способами называется сложным теплообменом. Для примера рассмотрим однослойную стенку толщиной δ с теплопроводностью материала стенки λ. Пусть t₁>t₂. Режим стационарный. Тре-буется определить плотность теплового потока q, проходящего через стенку.

Так как t₁ > t₂, то t_{с т 1} > t _{ст 2} . Пусть значения коэффициента теплоотдачи на горячей стороне α_{1 ,} на холодной – α₂.

Плотность теплового потока может быть выражена следующими равенствами

– конвекция (уравнение Ньютона-Рихмана);

–теплопроводность (закон Фурье);

– конвекция (уравнение Ньютона-Рихмана).

Из этих равенств определяем разности температур (местные температурные напоры)

;

;.

Складывая эти равенства, найдём полный температурный напор t₁ – t₂

.

Откуда плотность теплового потока

.

Знаменатель этого равенства представляет собой сумму термических сопротивлений, которая состоит из термического сопротивления теплопроводности

,

и двух термических сопротивлений теплоотдачи

,

Обозначим

.

Величину К называют коэффициентом теплопередачи. Он имеет ту же размерность, что и α, т.е. Вт/(м²·К).

С учётом принятых обозначений

.

Величину, обратную коэффициенту теплопередачи, называют полным термическим сопротивлением теплопередаче

.

Если площадь поверхности стенки А, то тепловой поток составит

.