Теплоотдача между стенкой и жидкостью

Если около твердой стенки протекает жидкость, температура которой выше или ниже температуры этой стенки, то между ними происходит теплообмен, который называется конвекцией. Следует различать турбулентное и ламинарное движение жидкости. Если движение жидкости вызвано внешней силой — оно является турбулентным, и теплообмен называется вынужденной конвекцией. Если движение жидкости может происходить без внешней силы, а за счет разности плотностей вещества, возникающей вследствие разности температур, — этот теплообмен называется свободной конвекцией.

Явление перехода теплоты от стеки к жидкости или обратно называется теплоотдачей. Теплоотдача описывается уравнением Ньютона — Рихмана. По этому уравнению количество теплоты Q, которой обмениваются стенка и жидкость, прямо пропорционально разности температур между ними tj - tCT, площади поверхности соприкосновения и времени т, за которое этот теплообмен происходит.

Математически это можно записать так:

где а — коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности а отражает зависимость Q от характера потока, физических свойств жидкости и формы поверхности стенки. Этот коэффициент определяется опытным путем. Для общего случая теплотехнических расчетов его значения задаются. Коэффициент а называется коэффициентом теплоотдачи.

Для установления смысла коэффициента теплоотдачи решается уравнение (8.12) относительно а и всем величинам, кроме Q, даются значения единицы:

Отсюда имеем: коэффициент теплоотдачи измеряет количество теплоты, которым обмениваются через поверхность площадью в 1 м2 жидкость и стенка за время в 1 с при разности температур между ними в 1 К.

Плотность теплового потока будет определяться по формуле

Термическое сопротивление теплоотдачи будет определяться по формуле

Тогда формулу (8.14) можно записать так:

Температура стенки определится по формуле

Коэффициент теплоотдачи может принимать различные значения в зависимости от условий процесса теплоотдачи. Примерные пределы для него указаны в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Значения коэффициентов теплоотдачи

Условия процесса

а, Вт/(м2 К)

Для газов при естественной конвекции

5—30

Для газов при их движении в трубках или между ними

10—100

Для пара в трубках подогревателя

100—2000

Для воды при естественной конвекции

100—1000

Для воды при движении по трубам

500—10 000

Для кипящей воды

2000—10 000

Для конденсирующегося водяного пара

4000—15 000

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >