Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 30
Текст из файла (страница 30)
танин Пильшнк количегти органического топлива в процессе иринин шсгвгниай хгягельностк человека) возмохкпо потепление климата> Глава двенадцатая ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 12.!. СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН Разделение теплопереноса на геплопроаодность, конвекцию и излучение удобно для изучения этих процессов. В действительности очень часто встречается сложный теплообмен, при котором теплота передается двумя или даже всеми тремя способами одновременно. Наиболее распространенным случаем сложного теплообмена является тепло- отдача от поверхности к газу (или от газа к поверхности). При этом имеет место коивективный тенлообмен между поверхностью и омывающим ее газом и, кроме того, та же самая поверхность излучает и поглощает энергию, обмениваясь потоками излучения с газом и окружающими предметами.
В целом интенсивность сложного теплообмеиа в этом случае характеризуют суммарным коэффициентом теолоотдачи: сс=сх„+ею (!2.1) Обычно считают, что конвенция и излучение не влияют друг на друга Коэффициент теплоотдачи конвекцией сх„ считают по формулам, приведенным в гл. !О, а под коэффициентом теплоотдачи излучением сх, понимают отношение плотности теплового потока излучением с), к разности температур поверхности и газа: Способы расчета теплового пагока излучением с). изложены в гл.
!!. Пример !2.!. Рассчитать полный тепловой поток и суммарный коэффициент теплоотлачи от трубопровода 3„=0,1 м, )= 1О м, 1,=85 'С, использованного лля отопления саража, температура возлуха в хосорои 20, а стен 15 'С Отдельно коиэективиый !). и лучистый Ц, тепловые потоки для условий Лаииой задачи были найдены в примерах соответственно !02 и 1! ! Суммарный поток О=О.+О.= = !353+ 1360=2713 Вт Значение а.
= =6.63 Вт/!м' ° К) известно, а гю будет равно 4 теплотехника о,=О,/(Р(1,— 1„))= =1360/(3,14.0,1 10(85 — 20])= =б,бб Вт/(м К). Суммарное значение составляет в=а.+а,=- =6,63+6,66=!3,3 Вт/[и' К) Как вилно из примера, даже ири низких температурах вклад излучения в теплообмен между поверхностью и газам может быть значительным, особенно при низкой интенсивности теплоотаачи конвекцией В ряде случаев злияинеи одной из саставляхицих коэффициента теплоотдачи маж. ио пренебречь. Например, с увеличением и ипературы резко возрастает тепловой поток излучением, поэтому в топках паровых кщлав и печей, где скорости течения газов невелики, а 1, ) 1000 'С, обычно принимают а=о, и, наоборот, пря теплообмеие поверхности с ссотоком напельиой жидкости определяющим яв. ляется конвективный теплообмеи, т.
е, а=а, !2.2. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА МЕЖДУ ДВУМЯ ЖИДКОСТЯМИ ЧЕРЕЗ РАЗДЕЛЯЮЩУЮ ИХ СТЕНКУ Часто приходится рассчитывать стационарный процесс оереиоса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку (рис. !2,!). Такой процесс называется т е п л о и е р еда ч е й. Он объединяет все рассмотренные нами ранее элелсентарные процессы. Вначале теплота передается от горячего теплоносителя ! с к одной из поверхностей стенки путем конвективного тепло- обмена, который, как это показано в э 12.1, может сопровождаться излучением.
Интенсивность процесса теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи ис. Затем теплота теплопроводностью переносится от одной поверхности стенки к другой. Термическое сопротивление теплопроводности ))с рассчитывается по формулам, приведенным в $8.3, в зависимости от вида стенки 97 ( 1 1 2=(Л( + » а,рл откуда !«) !«2 Я— ! 1 +)лл+ 98 (ср. рис, 12,1 с рис. 8.2).
И, наконец, теплота опять путем конвективного тепло. обмена, характеризуемого козффициен. том теплоотдачи ал, передается от поверхности стенки к холодной жидкости. При стационарном режиме тепловой поток л;! во всех трех процессах одинаков, а перепад температур между горячей и холодной жидкостями складывается из трех составляющих: !) между горячей жидкостью и поверхностью стенки, Обозначим 11„= =1/аГ, тогда согласно закону Ньютона †Рихма 2) между поверхностями стенки: !» ~ — (,.2 — — ЯЯ»; (12 4) 3) между второй поверхностью стенки, площадь которой может быть отлична от Е~ (например, для цилиндрической стенки), и холодной жидкостью: 1»2 !«2 2«л/(ал' 2) л«)~«2' (12'5) Просуммировав левые и правые части выражений (12.3), (12.4) и (12.5), ллолучим +)рл+, (12.6) ! С»2 2 !«! 1.2 (! 2.7) (~» Формула (12.7) пригодна для расчета процесса теплопередачи через любую стенку — плоскую, цилиндрическую, од.
послойную, многослойную и т. д. Отличия при этом будут только в расчетных формулах для Кл (см. 48.3). Величина (2,=1/(аг) называется термическим сопротивлени- Рис. 12. !. Распределение температуры пря передаче теплоты между двумя теплоносителями через плоскую стенку ем теплоотдачи, асуммарноетермическое сопротивление )?» — т е р м ическим сопротивлением тепл о п е р е д а ч и. 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 измеряется. В процессе передачи теплоты через стенку между двумя теплоносителями тепловой поток преодолевает трн последовательно «включенных» термических сопротивления: теплоотдачи )?„ь теплопроводности )7» и снова теплоотдачи Ж,л.
После расчета теплового потока л;3 из соотношений (12.3), (12.5) можно определить температуры на поверхностях стенки: 1ы ! Я)»л !ю=(«г+~Жа (!29) В случае теплопередачи через плоскую стенку (см, рис. 12.!), для которой )?л=б/(хг), а площади поверхностей плоской стенки одинаковы с обеих сторон (Р, = Е2= Р), удобнее рассчитывать плотность теплового потока д. Тогда (!2.?) преобразуется к виду г' 1/а, +б/8+1/а2 й= 1 (12.11) 1/аг + б/Л+ 1/аг * где А — коэффициент теплопер е д а ч и.
Он характеризует интенсивность процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому через раздела. ющую их плоскую стенку. Численное значение коэффициента теплопередачи равно тепловому потоку от одного тепло. носителя к другому через 1 м' разделяющей их плоской стенки при разности температур теплоносителей в 1 К. В случае многослойной стенки вместо отношения б/Л в формулы (12.10), (12.11) следует подставлять сумму этих отношений для каждого слоя.
Обратите внимание на различие между коэффициентами теплопроводнасти Л, теплоотдачиа и теплопередачи й. Эти коэффициенты характеризуют интенсивность различных процессов, по-разному рассчитываются и путать их недопустимо. Коэффициент теплопередачи есть чисто расчетная величина, которая определяется коэффициентами теплоотдачи с обеих сторон стенки и ее термическим сопротивлением. Важно подчеркнуть, что коэффициент теплопередачи никогда не может быть больше мг, аг и Л/б. Сильнее всего он зависит от наименьшего из этих значений, оставаясь всегда меньше его.
В предельном случае, когда, например, м<м им~5/Л,й гхь Коэффициентом теплопередачи пользуются и при расчете теплового патока через тонкие цилиндрические стенки (трубы), если г(„/г(,„(1,5; (..(„= ОР„= й (!., — („,) Р,ш (12.12) Плошадь поверхности трубы с,р считают при этом с той ее стороны, с которой коэффициент теплаотдачи меньше. Если же коэффициенты близки друг к другу, игжкг, то целесообразно площадь считать по среднему диаметру трубы с(=0,5 (г(,„+г(„). В этом случае погрешность от замены в расчетах цилиндрической стенки на плоскую будет минимальна. Справедливость приведенных выше рекомендаций несложно проиллюстрировать на примере. Пример 12.2. Рассчитать тепловой поток О аг горячей воды ! г =86 'С, теку!а«й в стальной (сталь 20] трубе длиной 1=10 м, диаметром г(,„/г(„=90/! 00 мм.
Расход воды (2= 10 ' мг/с. Труба используетгя для отапле. ния гаража, температура воздуха в катаром ° =20'С, а температура стен гаража = 15 'С Коэффициент теплоправаднасти для стали к=51,5 Вт/(м К) Решение таких задач находится методом последовательных приближений. Вначале для расчета значений а~ и ог приходится задаватьсв температурами поверхностей тру.
бы из условия ! г ) 1, ~ ) г:г) 1„2, причем раз. ность соседних температур тем больше, чг м больше термическое сопротивление между ними. Исходя из зтога принимаем 2„=85,5'С; (,2=85 "С Средняя скорость течения воды в трубе равна рр,„! — — — — — — — — — 1,57 и/с. 4(г 4. 10 яг(2 3,14 О 092 Г!о аналогии с примером 10.1 рассчитаем коэффициент теплаотдачи ат воды к стенке трубы иг =6695 Вт/(мг К). Суммарное значение коэффициента теплаатдвчи ат наружной стенки трубы с учетом коиаекиии и излучения рассчитано в примере 12,1 аг= = 13,3 Вт/(мг К).
Согласно фармуле (12 7) тепловой патах через цилиндрическую стенку трубы будет ранен !чг гмг я., +я„+яы и! чз + — 1п — + —— а,ял,„! 2лж Л„„аэш(„! 86- 20 1 + —; -Х 6695 3,!4 0,09 10 2 3,14 а(,5.10 0,1 1 Х 1п — '-+ —,— О.ОО (З,З ° Здв ° О,! ° (О 86-20 5,28 10 з+3,25 10 з+2,39452 10 = 2746,5 рв 2750 Вт.
Зная значение теплового патока, уточним значения температур поверхностей трубы, !.ог. 99 (86 — 20) 3,14.0,1. !О »х г Гм! гг 444 гмг ~~»х !00 ласно формулам (12.8) н (12.4) Г,! =гм! — ()а»! = =86 — 2750 5,28 10 '=85,9 'С; =85,9 — 2750 3,25 !О '=85,8'С. Уточненные значения температур поверхностей стеннн трубы близки к яредварнтель. но принятым, поэтому повторный расчет с использованием этих уточненных температур дает то же самое значение теплового потока 6). Если бы результат ноэторного расчета отличался от предварительного более чем на !О »ю то слеза»ало бы провести еще одно уточнение.
При расчете теплового потока гу по приближенной формуле (12.12), а которой стенка трубы считается плоской с толщиной 6=5 мм, получим (м! мэ) н »- ('„„й— „>~ 1/а, +6/а+ !/а 1/6695+5 10 — з/5! 5+ 1/13 3 =2747,3ж2750 Вэ. Расхождение результатов расчетна по точной и приближенной формулам а четвертой значащей цифре несущественно, тем более что погрешность формул для определения коэффициентов теплоотдачи около 10 %. Обычно тепловые расчеты нроаодят с точностью до третьей значащей цифры. Следовательно, точная н приближенная формулы и данном примере дают совершенно одинаковый результат 12.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
