Оглавление:
Коэффициенты теплопроводности, теплообмена и теплопередачи
- В технических расчетах нас часто интересует количество тепла, передаваемого за единицу времени между 2 жидкостями или газами при различных температурах, разделенных стенкой. Как поясняется в разделе 1-2, этот случай, очевидно, 4 ^ / Рисунок 1-1.Теплопроводность через плоскую стенку в стационарном режиме. Что один процесс накладывает на другой.
Во-первых, 1 газ (или жидкость) тепло должно подаваться к разделительной стенке. Далее тепло должно проходить через стенку, а в конце его воспринимают с противоположной поверхности стенки холодным газом (или холодной жидкостью).в этом разделе мы определим простейший случай, то есть постоянную область и тепловой поток плоской стенки, вместе с этим выведем основные законы теплопередачи. Поэтому сначала подумайте о плоской стенке толщиной B. Несмотря на различия, временная температура остается постоянной ’ / wi и / w₂ (рис. 1-1).Количество тепла, проходящего через стенку участка площади а в единицу времени при определенных перепадах температур, обозначается буквой Q*.
Отдельные процессы более подробно описаны в следующем разделе. Людмила Фирмаль
Согласно закону Фурье, это количество тепла определяется по формуле: «’Ф ^ О-я ^ 2）」 (Б6） Здесь 2 — это теплопроводность, которая характеризует свойства веществ, входящих в состав стен. Из Формулы (1-6) можно легко установить размерность теплопроводности. D-и 1 [ккал / м-ч-Град 1. л ВТТ-л »» gsg2> * Q отличается от термодинамики, что означает количество тепла независимо от времени. Количество тепла, проходящего через единицу площади поверхности в единицу времени, называется тепловым потоком. Тепловой поток, как следует из определения Если теплопроводность не зависит от температуры, как видно из рис.1, то температура внутри стенки уменьшается, а линейный закон падает от/ wi до Zw₂.Теплопроводность различных веществ описывается в appendix. As как видно из таблицы, среди твердых тел металлы обладают самой высокой теплопроводностью.
Например, теплопроводность чугуна составляет около 45 ккал / м-ч * град, а меди-около 300 ккал! М-ч * град. Металлические сплавы обладают значительно меньшей теплопроводностью, чем чистые металлы. Например, теплопроводность нержавеющей стали составляет около 13.3 ккал! М-Ч’град. Теплопроводность неметаллических материалов составляет около 0,05-3 ккал! М’ч’град. Значение теплопроводности газа на порядок ниже, чем у liquid. So, газ имеет наименьшую теплопроводность из всех веществ. Низкая теплопроводность изоляционного материала (диатомовая земля, шлаковая вата, торф, пробка) обусловлена его пористостью.
Поэтому тепловой поток такого материала представляет собой в основном процесс теплопередачи через воздух, заключенный в порах. Твердые вещества такого материала не позволяют воздуху входить в кинетическое состояние от перепада температур, тем самым предотвращая передачу дополнительного тепла конвекцией. Закон Фурье процесса теплопередачи очень похож на закон Ома электрического тока. Это можно легко проверить, если уравнение (1-6) записать в следующем виде: ^ ’1 0_8） И сравните его с формулой закона Ома. Е = РИ. (1-9） Здесь переданное тепло Q соответствует интенсивности тока L. распределение тепла является、 Например,/ wi — < ^ 02), что соответствует разности потенциалов.
Отношение 6 / CL называется термическим сопротивлением и обозначается символом Rc. (1-дневный） (Это соответствует уравнению сопротивления R закона Ома).Обратная теплопроводность, или удельное тепловое сопротивление, соответствует удельному сопротивлению электротехники Предположим, что стена состоит из нескольких слоев различных материалов, например, 3 слоев, которые характеризуются коэффициентами теплопроводности X/, X₂, X3.Температуры соединения слоев могут быть скомпилированы по слоям tw2 и tW3 (рис. 1-2) C) ： Если мы добавим эти равенства для каждого члена、 Эта формула позволяет определить количество тепла (подлежащего передаче).
Температура противоположной поверхности стенки и тепловое сопротивление многослойной стенки равны сумме теплового сопротивления каждого слоя, поэтому в рассматриваемом случае один и тот же закон может быть применен к сопротивлению, Соединенному последовательно в электротехнике. Инженерные (на самом деле, чаще всего встречаются стены, которые разделяют жидкости или gases. In в этом случае температура по обе стороны стены не известна. Только знать температуру жидкости по обе стороны стены. На рис. 1-3 показаны эти температуры Характер/]и Z₂.To определите температурное поле жидкости, » получите кривую, показанную на рисунке.
- Температурный градиент заметен только в относительно тонком слое вблизи самой стены, и в большинстве случаев даже на расстоянии от стены разница температур незначительна. Для простоты эта температурная кривая может быть заменена пунктирной линией на пунктирную линию. Это явление можно предположить, что тонкий пограничный слой (толщина d’) жидкости соединен со стенкой и находится вне этого слоя. Р2. Он проходит через многослойную стену в стационарном режиме. Плоская стена в режиме покоя. В результате хаотических движений в жидкости отсутствует температура difference.
As вы увидите позже, что это упрощенная картина гораздо более сложного процесса, но она объясняет основные явления и имеет преимущество всеобъемлющего clarity. In в пограничном слое, как и в твердых телах, тепло передается теплотой conduction. So, температурный градиент в слое выражается непосредственно, «теплопередача описывается формулой (1-6), при необходимости»заменяя величину теплопроводности жидкости или газа величиной K и толщиной D ’пограничного слоя. Итак, для количества тепла, подводимого к поверхности стены, получаем следующую формулу: (1-12） Количество передаваемого тепла Q можно определить, зная толщину пограничного слоя Y, но последний равен В значительной степени это зависит от характера движения жидкости. Например, это зависит от скорости движения жидкости вдоль стенок, формы самих стенок, поверхности стенок и прочего подобного factors. In на практике расчеты обычно выполняются с использованием значения отношения X / d’, без определения истинной толщины пограничного слоя b. это отношение называется коэффициентом теплопередачи и обозначается буквой A.
Величина коэффициента теплопередачи, которая встречается в технической практике, приведена в таблице. Людмила Фирмаль
Таким образом, получается аналитическое выражение М ₌ ₐ ^ / _ м, (1-13） Он был все еще открыт Исааком Ньютоном (1643-1727).Первоначально считалось, что коэффициент теплопередачи а характеризует свойства протекающих жидкостей или газов. Благодаря сравнительно недавним исследованиям в области теории теплопередачи, была установлена сложная природа этой величины elucidated. In в этой книге целая большая глава посвящена проблеме определения коэффициента теплоотдачи. 1-1.Дает представление об относительном размере этого параметра.
Поскольку коэффициент теплопередачи является коэффициентом теплопроводности, деленным на толщину пограничного слоя, ожидается, что газ с низкой теплопроводностью будет иметь более низкий коэффициент теплопередачи, чем жидкость. Вешалка. 1-1 подтверждает этот вывод. Таблица 1-1 Порядок величины коэффициента теплопередачи, ккал, 1м2град Перемещение воздуха. ………………………… 10-250. Движущаяся вода…………………………….. 500-5, 000 Кипяток……………………………….. 2 500-5 000 Конденсированный водяной пар………………… 500-25 000 Применив рисунок (1-13) к условиям, существующим на обеих стенках (Рисунок 1) 1-3, получим： В режиме покоя количество тепла, которое передается в обоих случаях, должно быть равным. Эти 2 равны* Вы также мул закона Ома： Пишите в соответствующем формате (У4） Коэффициент передачи тепла R 1 / alₜ： Называемое тепловое сопротивление (1-15.
Терминальное сосуществование уравнений (1-8) и уравнений (1-14) позволяет установить зависимость между калорийностью и температурой и/или₂, передаваемой через стенку(рис.1-3). (1-16） Сумма частичного теплового сопротивления равна общему тепловому сопротивлению Rₒ теплопередачи. Поэтому в данном случае тот же закон применим и к электрическому сопротивлению, которое подключено в series. In в большинстве случаев в практических расчетах вместо термического сопротивления используются теплопроводность и коэффициент теплопередачи. После этого будет справедливо следующее уравнение, и вы легко получите его из уравнения (1-16). М = ка（/、-/、）; （1-17） ка-АГ ’ (От 1 до 18） величина k называется коэффициентом теплопередачи, а размеры-ккал / м * -h-град.
Стена. Разный коэффициент теплопроводности L. и разная толщина b. если он состоит из нескольких слоев, то промежуточный член формулы (1-18) заменяется суммой. Пример 1-1 плоские чугунные стенки толщиной 10 мм очищают воздухом с обеих сторон. Значение коэффициента теплоотдачи ai = ct2 составляет 10 ккал) м2 * ч-град(табл. 1-1).Определите общее тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи. Теплопроводность стенок составляет L = 45 ккал / м•ч * град. Из Формулы(1-16) это выглядит так: = — ^0.2002 h-g рад / ккал. Коэффициент теплопередачи к = = 0-2(х)2⁵kcal / m2hr рад. Поэтому тепловое сопротивление стенок из чугуна совершенно ничтожно, и если необходимо усилить тепловой поток, то снижать это сопротивление бессмысленно. Однако, необходимо увеличить коэффициент теплопередачи. Пример 1-2.
Стенки из чугуна толщиной 10 мм и алюминия толщиной 20 мм накладываются друг на друга таким образом, что между ними образуются пустоты толщиной 0,01 мм. определите общее тепловое сопротивление этой многослойной стенки. Из таблицы с Формулой (от 1 до 11). С-1 и с-4(применение) являются: _ 1(б., БГ, б / 0.01, 0.02,Д. О. OOOOC._ В Л \ 45 196″ Д 0.021） 1. — (0.000222 4- 0.000102 + 0.00047) h-степень} ккал. Поэтому на общее тепловое сопротивление рассматриваемых многослойных стенок сильно влияет воздушный зазор, которого не избежать даже при самой тщательной адаптации 2-х стенок. Тепловое сопротивление без воздушного зазора равно^(0.000222 + 0.000102) h•град / ккал. Это меньше половины предыдущего значения.
Смотрите также:
| Единицы измерения | Различные способы переноса тепла |
| Прямоток, противоток, перекрестный ток | Теплопроводность |
