Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Теплопередача между двумя жидкостями через разделяющую их стенку




Часто приходится рассчитывать стационарный процесс переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку (рис. 12.1). Такой процесс называется теплопередачей. Он объединяет все рассмотренные ранее элементарные процессы. Вначале теплота передается от горячего теплоносителя tж1 к одной из поверхностей стенки путем конвективного теплообмена, который может сопровождаться излучением. Интенсивность процесса теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи α1.

Затем теплота теплопроводностью переносится от одной поверхности стенки к другой. Термическое сопротивление теплопроводности Rλ рассчитывается в зависимости от вида стенки. И, наконец, теплота опять путем конвективного теплообмена, характеризуемого коэффициентом теплоотдачи α2, передается от поверхности стенки к холодной жидкости.

При стационарном режиме тепловой поток Q во всех трех процессах одинаков, а перепад температур между горячей и холодной жидкостями складывается из трех составляющих:

1) между горячей жидкостью и поверхностью стенки. Обозначим Rα = 1/αF, тогда согласно закону Ньютона – Рихмана:

tж1 – tс1 = Q/(α1F) = QRα1;

2) между поверхностями стенки:

tс1 – tс2 = QRλ;

3) между второй поверхностью стенки, площадь которой может быть отлична от F1 (например, для цилиндрической стенки), и холодной жидкостью: tс2 – tж2 = Q/(α2F2) = QRα2.

 

 

 

 

Рис. 12.1 Распределение температуры при передаче теплоты между двумя теплоносителями через плоскую стенку.

 

Просуммировав левые и правые части выражений tж1 – tс1 = Q/(α1F) = Rα1 tс1 – tс2 = QRλ; tс2 – tж2 = Q/(α2F2) = QRα2,

Получим

откуда

 

Формула пригодна для расчета процесса теплопередачи через любую стенку – плоскую, цилиндрическую, однослойную, многослойную и т.д. Отличия при этом будут только в расчетных формулах для Rλ .

Величина Rα = 1/(αF) называется термическим сопротивлением теплоот дачи, а суммарное термическое сопротивление RƦ – термическим сопротивлением теплопередачи. Используя понятие термического сопротивления, мы опять свели формулу для расчета теплового потока к зависимости, аналогичной закону Ома: тепловой поток равен отношению перепада температур к сумме термических сопротивлений, между которыми этот перепад изменяется. В процессе передачи теплоты через стенку между двумя теплоносителями тепловой поток преодолевает три последовательно «включенных» термических сопротивления: теплоотдачи Rα1, теплопроводности Rλ­ b и снова теплоотдачи Rα2. После расчета теплового потока Q из соотношений tж1 – tс1 = Q/(α1F) = QRα1; tс1 – tс2 = QRλ; можно определить температуры на поверхности стенки:

tc1 = tж1 - QRα1;

 

tc2 = tж2 + QRα2 .

 

В случае теплопередачи через плоскую стенку (см. рис. 12.1), для которой Rλ = δ/(λF), а площади поверхностей плоской стенки одинаковы с обеих сторон (F1 = F2 = F), удобнее рассчитывать плотность теплового потока q. Тогда формула для определения теплового потока преобразуется к виду:

 

 

где k – коэффициент теплопередачи. Он характеризует интенсивность процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому через разделяющую их плоскую стенку. Численное значение коэффициента теплопередачи равно тепловому потоку от одного теплоносителя к другому через 1м2разделяющей их плоской стенки при разности температур теплоносителей в 1 К. В случае многослойной стенки вместо отношения δ/λ следует подставлять сумму этих отношений для каждого слоя.

Коэффициент теплопередачи есть чисто расчетная величина, которая определяется коэффициентами теплоотдачи с обеих сторон стенки и ее термическим сопротивлением. Важно, что коэффициент теплопередачи никогда не может быть больше α1, α2 и λ/δ. В предельном случае, когда, например, и

Коэффициентом теплопередачи пользуются и при расчете теплового потока через тонкие цилиндрические стенки (трубы), dн/dвн ≤1,5:

Площадь поверхности трубы Fтр считают при этом с той ее стороны, с которой коэффициент теплоотдачи меньше. Если же коэффициенты близки друг к другу, α1 ≈α2, то целесообразно площадь считать по среднему диаметру трубы d = 0,5(dвн + dн ). В этом случае погрешность от замены в расчетах цилиндрической стенки на плоскую будет минимальна.

 




Читайте также:
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе...
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1480)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.004 сек.)