Теплопередача через стенку

Рассмотрим процесс теплообмена между двумя средами, разделенными промежуточной стенкой. Такой процесс теплопередачи можно представить поэтапно следующим образом (рис.3.12).

1. Теплопередача от более горячей движущейся среды к поверхности стенки, осуществляемая конвективным теплообменом.

2. Теплопроводность через твердую стенку.

3. Теплопередача от поверхности стенки к более холодной движущейся среде.

Для каждого этапа теплопередачи тепловой поток q будет одинаковым и равным:

Преобразовав и сложив последние уравнения получим

,

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);

.

Полное количество теплоты, передаваемого через стенку в единицу времени, определяется по уравнению:

, (3.7)

где - температурный напор, К; = t₁ – t₂.

Температурный напор при расчете теплопередачи в теплообменниках определяется как осредненное значение от входного до выходного сечений подогревателя.

Рис.3.13. Изменения температур при противоточном (а) и прямоточном (б) движении теплоносителей в подогревателе

На рис.3.13 показано изменение температур от входных до выходных сечений теплообменника в греющей и обогреваемой средах, разделенных стенкой трубы при прямоточном и противоточном движении теплоносителей.

При расчете теплообмена в подогревателях используется уравнение теплового баланса, которое имеет следующий вид:

где Q – количество теплоты, передаваемое одним теплоносителем другому в единицу времени, кг/с;

с₁, с₂ – теплоемкость одного и второго теплоносителей, проходящих через теплообменник, Дж/(кг·К);

G₁, G₂ – массовые расходы теплоносителей, кг/с;

t_1в, t_2в – температуры 1-го и 2-го теплоносителей на входе в теплообменник, К;

t_1к, t_2к - температуры 1-го и 2-го теплоносителей на выходе из теплообменника, К;

η – к.п.д. подогревателя, учитывающий потери тепла при теплообмене.

С другой стороны количества тепла отданное одним теплоносителем и принятое другим может быть определено через температурный напор по уравнению (3.7).

Примерами бытовых теплообменников, в которых происходят процессы теплопередачи, являются батареи отопления, различные нагревательные элементы и т.д.