Теплопроводность и теплопередача при стационарном режиме

1.1. Основные понятия и расчетные зависимости

Теплопроводность — перенос теплоты посредством теплового движения микрочастиц в сплошной среде, обусловленный неоднородным распределением температуры. В чистом виде процесс происходит в твердых телах, а в жидкостях и газах - при отсутствии перемещения среды.

Теплопередача - процесс теплообмена между жидкими или газом образными средами, разделенными твердой стенкой.

Стационарным режимом называется тепловой режим, при котором температурное поле не зависит от времени.

Тепловой поток [ Q, Вт] - количество теплоты, передаваемой в единицу времени (1 Дж/с=1 Вт).

Поверхностная плотность теплового потока [ q, Вт/м²] - теплового поток, проходящий через единицу площади F поверхности теплообмена.

(1.1)

Линейная плотность теплового потока [ q_l, Вт/м] - тепловой поток отнесенный к единице длины l цилиндрической трубы:

(1.2)

Теплопроводность материала или коэффициент теплопроводности [λ Вт/(м*К)]- величина, равная отношению поверхностной плотности теплового потока q к модулю температурного градиента:

(1.3)

Среднеинтегральная теплопроводность в диапазоне температур t_c1 и t_c2 на поверхностях стенки

(1.4)

де λ_t - теплопроводность, зависящая от температуры.

Зависимость теплопроводности λt от температуры t,°C, приближенно можно выразить в виде линейной функции

(1.5)

где λ₀ - теплопроводность при О ° С, [Вт/ (м*К)]; b - постоянная, зависящая от природы материала и определяемая опытным путем, К^-1.

Величина при использовании зависимости (1.5) принимает значение λt, определяемое по среднеарифметической температуре стенки:

(1.6)

Теплопроводность некоторых материалов (λ=const) приведена табл.1 приложения.

1.2. Плоская стенка

Температурное поле в однородной неограниченной стенке толщиной δ при λ=const

(1.7)

где х - текущая координата плоскости, в которой определяется температур t, 0 ≤ x ≤ δ.

Температурное поле в стенке при линейном законе изменения теплопроводности от температуры (х - расстояние от поверхности стенки, имеющей температуру t_c1)

(1.8)

Формула теплопроводности для стенки, составленной из п слоев различных материалов,

(1.9)

Где t_c1 и t_c(n+1) - температуры на внешних поверхностях многослойной стенки, ° С; δ_i,- толщина i -го слоя стенки, м; λ_i - теплопроводность материала i -го слоя стенки, [Вт/(м*К)].

Температура на поверхности плотно соприкасающихся между собой слоев в многослойной стенке

(1.10)

Формула теплопередачи между двумя средами с температурами t_ж1 и t_ж2

(1.11)

где k - коэффициент теплопередачи, [Вт/(м²-К)], характеризует тепловой поток Q, проходящий через единицу площади F поверхности стенки разности температур сред, равной 1 К.

Коэффициент теплопередачи для n- слойной стенки

(1.12)

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи на внешних поверхностях стенки, [Вт/(м²*К)].

В формуле (1.12) представлены следующие термические сопротивления R,[м²*К/Вт]: