Теплообмен на ребристой поверхности

Для интенсификации теплопередачи между двумя средами применяют оребрение поверхностей стенки, разделяющей эти среды. Как правило, оребрение осуществляется на той поверхности теплообмена, где имеет место малый коэффициент теплоотдачи (или большое термическое сопротивление).

2.1. Плоская стенка с прямыми ребрами постоянного поперечного сечения

Основные параметры ребристой стенки (рис. 2.1): l,h,δ - длина, высота, толщина ребра; П=2(l+ δ)- периметр ребра; f = δ l - площадь сечения ребра; b - шаг ребер; В, δ _с - ширина и толщина плоской стенки; t _ж1 и t _ж2 - температуры сред, окружающих стенку, t _ж1 > t _ж2; α_п, α_г - коэффициенты теплоотдачи от поверхности ребра и от глад­кой поверхности стенки к окру­жающей среде; t _о ,t _к температу­ры ребра у основания и на его конце.

При расчете теплоотдачи с поверхности F_p одного прямого ребра в окружающую среду, имею­щую температуру t _ж2, тепловой поток Q_p, Вт, определяется по формуле:

(2.1)

Где - избыточная температура у основания ребра, К; - параметр, м^-1 ; -тангенс гиперболический; λ - теплопроводность материала ребра, Вт/(м*К).

Тепловой поток Q_г, Вт, с гладкой поверхности F_г стенки в промежутках между ребрами.

(2.2)

Где п - количество ребер на 1 м ширины стенки, l - длинна стенки (длинна ребра), м.

Суммарный тепловой поток Q_о при теплоотдачи с оребренной поверхности стенки.

(2.3)

Теловой поток, обусловленный теплопередачей между двумя стенками, разделенные плоской стенкой, имеющей оребрение с одной стороны,

(2.4)

где F - площадь неоребренной поверхности стенки, м²; а₁ - коэффи­циент теплоотдачи на неоребренной поверхности стенки, Вт/(м²*К); λ_с - теплопроводность материала стенки, Вт/(м*К); Е - коэффициент эффективности ребра; k_р - коэффициент оребрения.

Коэффициент эффективности ребра Е является его рабочей характеристикой и представляет собой отношение теплового потока, действительно рассеиваемого ребром в окружающую среду, к тепловому потоку который ребро могло бы отдать, если бы вся его поверхность при температуре t₀:

(2.5)

Или, пренебрегая теплоотдачей торца ребра,

(2.5а)

Где t - средняя температура поверхности ребра.

Повышения теплосъема ребра можно добиться при уменьшении th.