3. 2. Передача теплоты через цилиндрические однослойную и многослойную стенки

где

называют линейным коэффициентом теплопередачи, имеющим размерность вт/(м*град).

3. 3. Критический диаметр изоляции

Тепловой изоляцией называют всякое покрытие горячей поверхности, которое способствует снижению потерь теплоты в окружающую среду.

Из уравнения следует, что критический диаметр изоляции не зависит от размеров трубопровода. Он будет тем меньше, чем меньше коэффициент теплопроводности изоляции и чем больше коэффициент теплоотдачи а₂ от наружной поверхности изоляции к окружающей среде.

3. 4. Передача теплоты через шаровую стенку

Определяем коэффициент теплопередачи для шаровой стенки:

имеет размерность вт/град.

Обратную величину:

называют общим термическим сопротивлением шаровой стенки.

3. 5. Передача теплоты через ребристую стенку

Отношение количества теплоты Q_p, передаваемой поверхностью ребер в окружающую среду, к теплотеQ_n._v, которую эта поверхность могла бы передать при постоянной температуре, равной температуре у основания ребер, называетсякоэффициентом эффективности ребер:

.

или

откуда коэффициент теплопередачи для ребристой стенки равен

k_p имеет размерностьвт/град.

3. 6. Интенсификация теплопередачи

Практика эксплуатации тепловых аппаратов требует наилучших условий передачи теплоты от горячего теплоносителя к холодному. Эти условия главным образом зависят от коэффициента теплопередачи. Однако знания численного значения одного коэффициента теплопередачи для исследования процесса теплопередачи недостаточно. Только анализ соотношений всех термических сопротивлений дает возможность сделать правильное заключение и позволяет существенно изменить величину теплового потока.

ГЛАВА 4. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

4. 1. Основы теории конвективного теплообмена

Передача теплоты конвекцией, всегда связана с теплопроводностью. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом.

Различают конвекцию вынужденную (движение жидкости создается искусственно) и свободную — движение возникает в связи с ее нагреванием и изменением плотности.

Жидкость движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала. Движение такого рода называется ламинарным.

Второй вид потока называется турбулентным, в нем непрерывно происходит перемешивание всех слоев жидкости. Каждая частица потока, перемещаясь вдоль канала с некоторой скоростью, совершает различные движения перпендикулярно стенкам канала.

4. 2. Коэффициент теплоотдачи. Дифференциальное уравнение теплообмена

Дифференциальное уравнение описывает процесс теплообмена на поверхности канала (п= 0).

Система дифференциальных уравнений состоит из уравнений энергии (или теплопроводности), теплообмена, движения и сплошности.

Дифференциальное уравнение энергииустанавливает связь между пространственным и временным изменением температуры в любой точке движущейся жидкости:

Если w_x =w_y = w_z = 0, уравнение энергии переходит в уравнение теплопроводности для твердых тел (если отсутствуют внутренние источники теплоты).

Дифференциальное уравнение теплообменавыражает условия теплообмена на границе твердого тела и жидкости:

Дифференциальное уравнение движения вязкой несжимаемой жидкости представлено уравнением Навье - Стокса:

для оси х

Дифференциальное уравнение сплошности, или непрерывности, для сжимаемых жидкостей имеет вид:

.

Для несжимаемых жидкостей при р = constуравнение сплошности принимает вид

.