Коэффициент теплопередачи
Определение и формула коэффициента теплопередачи
Процесс теплопередачи можно разделить на теплоотдачу энергии горячим веществом стенке, процесс теплопроводности внутри стенки и теплоотдачу стенки энергии холодному веществу.
Поток тепла при стационарной теплопередаче величина постоянная, то есть не зависит от времени и координат.
Теплопередача через плоскую стенку
Рассмотрим плоскую стенку, через которую происходит теплопередача. Поток тепла через нее равен:
где — температура холодного вещества (), — температура горячего вещества, S — площадь стенки, — коэффициент теплопередачи.
Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку является физическая величина () равная:
где — коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, — коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, — толщина стенки, — коэффициент теплопроводности стенки.
Теплопередача через цилиндрическую стенку
Поток тепла свозь стенку в виде цилиндра вычисляют при помощи формулы:
где — линейный коэффициент теплопередачи, — высота цилиндра.
Линейным коэффициентом теплопередачи через стенку в виде цилиндра является физическая величина () равная:
где — внутренний диаметр цилиндра, — внешний диаметр цилиндра. Для цилиндрических стенок, у которых для расчета теплопередачи применяют формулы (1) и (2) для плоской стенки. Если цилиндр (труба) выполнен из материала с высокой теплопроводностью, то величина термического сопротивления () стенки стремится к нулю ( ), тогда коэффициент теплопроводности рассчитывают по формуле:
Теплопередача через шаровую стенку
Поток тепла через шаровую стенку с внутренним диаметром и наружным — , которая разделяет две среды с постоянными температурами и равен:
Линейным коэффициентом теплопередачи через стенку в виде шара является физическая величина () равная:
Единицы измерения коэффициента теплопередачи
Основной единицей измерения коэффициента теплопередачи в системе СИ является:
=Вт/м2К
=Вт/мК
=Вт/К
Примеры решения задач
Задание | Рассчитайте коэффициент теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку. Внутренний диаметр стенки равен мм, толщина слоя d=25мм, коэффициент теплопроводности Вт/мК. Внутренняя поверхность стенки соприкасается с горячим веществом температуры наружная стенка взаимодействует с холодным носителем Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке — Вт/м2К, от стенки к холодному веществу — Вт/м2К. |
Решение | Схему передачи тепла через цилиндрическую стенку изобразим на рис.1.
Рис. 1 Найдем диаметр цилиндрической стенки ():
Вычислим компоненты коэффициента теплопередачи:
Термическое сопротивление при теплоотдаче от горячего вещества к цилиндрической стенке: (мК/Вт), Найдем термическое сопротивление теплопроводности стенки: (мК/Вт) Вычислим термическое сопротивление передаче тепла от стенки холодному веществу: (мК/Вт) Линейный коэффициент теплопередачи будет равен: (Вт/мК) |
Ответ | (Вт/мК) |
Задание | Рассчитайте коэффициент теплопередачи через двухслойную цилиндрическую стенку. Внутренний диаметр стенки равен мм, толщина слоев =25мм, =3мм, коэффициенты теплопроводности Вт/мК, Вт/мК. Внутренняя поверхность стенки соприкасается с горячим веществом температуры , наружная стенка взаимодействует с холодным носителем Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке — Вт/м2К, от стенки к холодному веществу — Вт/м2К. |
Решение | Найдем диаметры цилиндрических стенок ( и ):
Вычислим компоненты коэффициента теплопередачи: Термическое сопротивление при теплоотдаче от горячего вещества к цилиндрической стенке: (мК/Вт), Найдем термические сопротивление теплопроводности стенки: (мК/Вт) (мК/Вт) Вычислим термическое сопротивление передаче тепла от стенки холодному веществу: (мК/Вт) будет равен:
(Вт/мК) |
Ответ | Вт/мК |