Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи

Определим удельный тепловой поток q от жидкости с температурой Tj к жидкости с температурой 7/2 через твердую стенку (рис. 12.3); температура Т и Тг обычно не известны.

Экспериментально установлено, что температура жидкости резко изменяется в тонком слое у стенки Aj и Дг (рис. 12.3). Этот слой называют тепловым пограничным слоем.

В пограничном слое происходит интенсивный перенос теплоты, так как здесь имеется большой градиент температуры. Для определения удельного теплового потока q по уравнению (12.5) надо знать распределение температуры по толщине пограничного слоя, т.е. функцию Т = Т(х). Отметим, что распределение скорости теплового потока по толщине пограничного слоя влияет на распределение температуры. Однако трудно найти эту зависимость как теоретически, так и экспериментально. Поэтому удельный тепловой поток q от жидкости к стенке (рис. 12.3) определяют по

формуле Ньютона

Величину а называют коэффициентом теплообмена (теплоотдачи). Он характеризует интенсивность теплоотдачи и равен плотности теплового потока q на поверхности раздела, отнесенной к температурному напору между средой и поверхностью (Tj, - Тх).

Рис. 12.3. Теплопередача от жидкости с температурой 7^ к жидкости с температурой 7}з через твердую плоскую стенку

Если q измерять в Вт/м2, а температурный напор в К, то а - в Вт/(м2К).

Удельный тепловой поток через стенку (12.4): от правой поверхности стенки к жидкости

После простых преобразований формул (12.9)—(12.11) получим:

где 1 - суммарное термическое сопротивление пограничного слоя жидкости на левой поверхности стенки, твердой стенки и пограничного слоя жидкости на правой поверхности стенки (рис. 12.3).

Введем обозначение

Из (12.12) следует

Величину К называют коэффициентом теплопередачи.

Удельный тепловой поток q с учетом (12.13) представим в виде:

Для определения теплового потока по формуле Ньютона (12.9) необходимо знать коэффициент теплоотдачи а. Он колеблется в широком диапазоне в зависимости от условий, в которых происходит теплоотдача, и физических свойств жидкостей, омывающих твердые тела.

Например, коэффициент теплоотдачи а от батареи отопления к воздуху помещения равен примерно 7 Вт/(м2 К), а от воздуха к поверхности баллистического снаряда при входе в плотные слои атмосферы - 700 Вт/(м2 К), т.е. в 100 раз больше. Коэффициент теплоотдачи а от воды к внутренней поверхности батареи отопления равен примерно 3500 Вт/(м2 К), а при конденсации водяного пара на твердой поверхности а может дости- гать 12 000 Вт/(м2 К).

В редких случаях удается определить коэффициент теплоотдачи теоретически. Как правило, он определяется экспериментально.

Чтобы не допустить грубой ошибки, нужно четко представлять диапазоны изменения коэффициентов теплоотдачи в различных условиях. Они приведены ниже, Вт/(м2К):

Свободная конвекция в газах 5-30

Свободная конвекция воды 102— 10*

Вынужденная конвекция газов 10-500

Вынужденная конвекция воды 500-2-104

Кипение воды 2103-4 104

Жидкие металлы 102-3104

Пленочная конденсация водяного пара 4-103—104

Капельная конденсация водяного пара 4-104-105

Если в результате расчета по формулам коэффициент теплоотдачи выходит далеко за указанные пределы, надо внимательно разобраться в причинах этого. Приведенные значения можно использовать и для оценочных расчетов. Иногда дальнейшие уточнения оказываются ненужными.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >