Коефіцієнт теплопередачі, формула і приклади
Визначення і формула коефіцієнта теплопередачі
Теплопередачей називають процес обмітаючи теплом речовини (газ, рідина, тверде тіло) має високу температуру з речовиною, що володіє меншою температурою, через стінку, яка їх розділяє.
Процес теплопередачі можна розділити на тепловіддачу енергії гарячим розчином стінці, процес теплопровідності усередині стінки і тепловіддачу стінки енергії холодного речовини.
Потік тепла при стаціонарної теплопередачі величина постійна, тобто не залежить від часу і координат.
Теплопередача через плоску стінку
Розглянемо плоску стінку, через яку відбувається теплопередача. Потік тепла через неї дорівнює:
де - температура холодного речовини (), - температура гарячого речовини, S - площа стінки, - коефіцієнт теплопередачі.
Коефіцієнтом теплопередачі через плоску стінку є фізична величина () рівна:
де - коефіцієнт тепловіддачі від першого середовища до стінки, - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до другої середовищі, - товщина стінки, - коефіцієнт теплопровідності стінки.
Теплопередача через циліндричну стінку
Потік тепла звезення стінку у вигляді циліндра обчислюють за допомогою формули:
де - лінійний коефіцієнт теплопередачі, - висота циліндра.
Лінійним коефіцієнтом теплопередачі через стінку у вигляді циліндра є фізична величина () рівна:
де - внутрішній діаметр циліндра, - зовнішній діаметр циліндра. Для циліндричних стінок, у яких для розрахунку теплопередачі застосовують формули (1) і (2) для плоскої стінки. Якщо циліндр (труба) виконаний з матеріалу з високою теплопровідністю, то величина термічного опору () стінки прагне до нуля (), тоді коефіцієнт теплопровідності розраховують за формулою:
Теплопередача через кульову стінку
Потік тепла через кульову стінку з внутрішнім діаметром і зовнішнім -, яка розділяє два середовища з постійними температурами і дорівнює:
Лінійним коефіцієнтом теплопередачі через стінку у вигляді кулі є фізична величина () рівна:
Одиниці виміру коефіцієнта теплопередачі
Основною одиницею виміру коефіцієнта теплопередачі в системі СІ є:
Приклади розв'язання задач
Розрахуйте коефіцієнт теплопередачі через одношарову циліндричну стінку. Внутрішній діаметр стінки дорівнює мм, товщина шару d = 25мм, коефіцієнт теплопровідності Вт / мК. Внутрішня поверхня стінки стикається з гарячим речовиною температури зовнішня стінка взаємодіє з холодним носієм Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого теплоносія до стінки - Вт / м 2 К, від стінки до холодного речовини - Вт / м 2 К.
Схему передачі тепла через циліндричну стінку зобразимо на рис.1.
Знайдемо діаметр циліндричної стінки ():
Обчислимо компоненти коефіцієнта теплопередачі:
Термічний опір при тепловіддачі від гарячого речовини до циліндричної стінки:
Знайдемо термічний опір теплопровідності стінки:
Обчислимо термічний опір передачі тепла від стінки холодного речовини:
Лінійний коефіцієнт теплопередачі буде дорівнює: