Теплопередача через сложную стенку

Лекция 6

Тема: Теплопередача через сложную стенку (1 час)

План лекции

1.Теплопроводность многослойной стенки

Рассмотрим теплопроводность плоской многослойной стенки, состоящей из п материальных слоев, плотно прилегающих один к другому. Каждый слой имеет заданную толщину и коэффициент теплопроводности. Многослойными являются, например, стены и перекрытия крупнопанельных и кирпичных зданий.

При стационарном тепловом режиме тепловые потоки, проходящие через каждый из слоев стенки, одинаковы. Поэтому, пользуясь формулой для каждого слоя, можно написать:

откуда:

Рекомендуемые материалы

Просуммировав, правые и левые части этих равенств, получим:

откуда g, Вт/м²:

Для построения температурного поля многослойной стенки необходимо знать температуру на поверхности каждого слоя в отдельности, которая определяется из следующих очевидных равенств:

Температурное поле многослойной стенки изобразится ломаной линией.

Тепловой поток Q, Вт, через многослойную плоскую стенку определяется по формуле

Для расчета теплового потока через однослойную или многослойную цилиндрическую стенку, если толщина ее по сравнению с диаметром незначительна, можно пользоваться формулами для плоской стенки. При этом F подсчитывается как F_cv=nd_cpl, где d_cv — средний диаметр цилиндра между наружной и внутренней поверхностями его стенки.

Для определения величины а для различных случаев конвективного теплообмена предложено несколько эмпирических формул, имеющих, однако, ограниченную область применения. Значительно лучшие результаты дает определение величины а на основе эксперимента с использованием критериев подобия — безразмерных соотношений параметров, характеризующих физический процесс. Ниже приводятся некоторые «критерии подобия» для оп-ределения а и их краткая характеристика: критерий Нуссельта Nu ; критерий Прандтля Рг, критерий Рейнольдса Re; критерий Грасгофа Gr

Критерий Нуссельта Nu, или критерий теплоотдачи, характеризует интенсивность теплоотдачи на границе жидкость (или газ) — твердое тело и всегда является величиной искомой.

Критерий Рейнольдса Re представляет собой отношение сил инерции к силам внутреннего трения и характеризует гидродинамический режим движения жидкости. При Re <2300 движение ламинарное, при Re>l О⁴ — турбулентное, при 2300<Re<10⁴ режим движения переходный — от ламинарного к турбулентному.

Критерий Прандтля Рг характеризует физические свойства жидкости (или газа) и способность распространения теплоты в жидкости (или газе). Критерий Грасгофа Gr учитывает подъемные силы, возникающие в жидкости (или газе) вследствие разности плотностей их частиц и вызывающие так называемую свободную конвекцию.

В общем случае конвективного теплообмена критериальная зависимость имеет вид

Nu = f(Re, Gr, Pr). (2.25)

Для условий внутренних поверхностей ограждающих конструкций отапливаемых зданий критерии подобия объединяются уравнением

Nu = 0,135 (GrPr)°-³³³.(2.27)

Для расчета теплового потока через однослойную или многослойную цилиндрическую стенку, если толщина ее по сравнению с диаметром незначительна, можно пользоваться формулами для плоской стенки. При этом F подсчитывается как F_cv=nd_cpl, где d_cv — средний диаметр цилиндра между наружной и внутренней поверхностями его стенки, принимается абсолютное значение разности температур.

Контрольные вопросы

1. Что такое термическое сопротивление

2. Как изменяется температура по толщине стенки

В лекции "7 Хронический гломерулонефрит" также много полезной информации.

3. Чему равно термическое сопротивление многослойной стенки

4. Как определяется тепловой поток через многослойную стенку

Рекомендуемая литература