Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. Примерами теплопередачи являются: передача теплоты от греющей воды нагревательных элементов (отопительных систем) к воздуху помещения; передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах; передача теплоты от раскаленных газов к охлаждающей воде (жидкости) через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания; передача теплоты от внутреннего воздуха помещения к наружному воздуху и т. д. При этом ограждающая стенка является проводником теплоты, через которую теплота передается теплопроводностью, а от стенки к окружающей среде конвекцией и излучением. Поэтому процесс теплопередачи является сложным процессом теплообмена. При передаче теплоты от стенки к окружающей среде в основном преобладает конвективный теплообмен, поэтому будут рассматриваться такие задачи. 1). Теплопередача через плоскую стенку. Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной d и теплопроводностью l (рис12.1).
Температура горячей жидкости (среды) t'ж, холодной жидкости (среды) t''ж. Количество теплоты, переданной от горячей жидкости (среды) к стенке по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:
Q = a1 · (t'ж – t1) · F, (12.1)
где a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки• с температурой t1; F – расчетная поверхность плоской стенки. Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению:
Q = l/d · (t1 – t2) · F. (12.2)
Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде определяется по формуле:
Q = б2 · (t2 - t''ж) · F, (12.3)
где a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж. Решая эти три уравнения получаем:
Q = (t'ж – t''ж) • F • К, (12.4)
где К = 1 / (1/a1 + / l + 1/a2) – коэффициент теплопередачи, (12.5) или
R0 = 1/К = (1/a1 + d/l + 1/a2) – полное термическое сопротивление теплопередачи через однослойную плоскую стенку. (12.6)
1/a1, 1/a2 – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки; d/l - термическое сопротивление стенки. Для многослойной плоской стенки полное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:
R0 = (1/a1 + d1/l1 + d2/l2 + … + dn/ln +1/a2), (12.7)
а коэффициент теплопередачи:
К = 1 / (1/a1 + d1/l1 + d2/l2 + … + dn/ln +1/a2), (12.8)