Основне рівняння теплопередачі. Коефіцієнт теплопередачі
Теплопередача
Теплопередачею називається процес переносу теплоти від одного рухомого середовища до іншого через одношарову або багатошарову тверду стінку довільної форми. Теплопередача – складний процес перенесення теплоти, вона включає в себе теплопровідність, конвекцію і випромінення. Типовими прикладами теплопередачі є передача теплоти від гріючої води до повітря, яке знаходиться в приміщенні, через стінки нагрівальних батарей центрального опалення, передача теплоти від димових газів до води через стінки кип’ятильних труб в парових котлах. В наведених прикладах стінка виступає в ролі провідника теплоти і виготовляється із матеріалу з високим коефіцієнтом теплопровідності. Основне рівняння теплопередачі записується у вигляді
де – тепловий потік,
;
– площа поверхні теплообміну,
;
– температура гарячого теплоносія,
;
– температура холодного теплоносія,
;
– коефіцієнт теплопередачі.
Встановимо фізичний зміст і одиницю вимірювання коефіцієнта теплопередачі. З цією метою перепишемо рівняння (4.1) в іншому вигляді, поділивши праву і ліву частини його на .
З цього рівняння знайдемо .
З рівняння (4.3) випливає фізичний зміст коефіцієнта теплопередачі якщо , то
. Таким чином, коефіцієнт теплопередачі дорівнює густині теплового потоку, якщо різниця температур між теплоносіями дорівнює
.
Для циліндричної стінки рівняння теплопередачі записується у вигляді де
– тепловий потік,
;
– довжина циліндричної поверхні,
;
– температури гарячого і холодного теплоносіїв,
;
– лінійний коефіцієнт теплопередачі.
Рівняння перепишемо в іншому вигляді поділивши праву і ліву частини на , тоді
– лінійна густина теплового потоку,
.
.
Коефіцієнт теплопередачі не являється фізичною характеристикою речовини, він залежить від багатьох факторів: швидкості і режиму руху теплоносіїв, їх фізичних властивостей, температури, форми і розміру поверхні, фізичних характеристик матеріалу стінки. Коефіцієнт знаходиться експериментально, його можна також знайти розрахунковим методом.