ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
106
Введя обозначение
к
= (1/
α
1
+
δ
/
λ
+ 1/
α
2
)
-1
, Вт/(м
2
⋅
К) и назвав эту величину
коэффициентом теплопередачи получим
).
(
2
1
ж ж
t
tкq
−
=
(6.20)
Для
многослойной
стенки
к
=
(1/
α
1
+
δ
экв
/
λ
экв
+
1/
α
2
)
-1
.
Для цилиндрической стенки наиболее просто определяется линейный
коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м длины цилиндра (трубы)
к
l
= (1/
α
1
d
1
+ + (2
λ
)
-1
ln
d
2
/
d
1
+1/
α
2
d
2
)
-1
. Для многослойной цилиндрической стенки
к
= (1/
α
1
d
1
+ (2
λ
)
-1
ln
d
2
/
d
1
+(2
λ
)
-1
ln
d
3
/
d
2
+...+1/
α
2
d
2
)
-1
.
При наличии, кроме конвекции, лучистого теплообмена используют общий
коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием. Подробные данные
по этому вопросу приведены далее. В специальной литературе даются также
данные по теплопередаче при наличии сферической стенки.
В гл.4 введено понятие о граничных условиях в теории подобия. При
конвективном простом и сложном теплообмене считают, что имеет место
граничные условия третьего рода.
Физическая сущность процесса и расчетные формулы различны для
свободного, вынужденного и переходного режимов теплообмена. Далее
рассматривается каждый из перечисленных режимов в отдельности.
При свободной конвекции движение жидкости происходит вдоль
вертикальной, наклонной и горизонтальной стенки или трубы. При отсутствии
посторонних источников энергии она происходит в результате нагрева или
охлаждения окружающей среды и, соответственно, уменьшения или
увеличения плотности теплового потока.
Интенсивность естественной циркуляции, в первую очередь, определяется
перепадом температур жидкости и стенки
∆
t
=
t
с
–
t
ж
. При
∆
t
> 0 (
t
с
>
t
ж
) частицы
жидкости будут двигаться вверх, а при
∆
t
< 0 (
t
ж
>
t
с
) – вниз. В принципе можно
было бы в качестве определяющего фактора принимать скорость жидкости у
стенки. Это не делают потому, что замеры скорости в этом случае
затруднительны, а сама она меняется по высоте (длине) стенки или трубы.
Если рассматривать движение частиц жидкости вдоль вертикальной
поверхности при
t
с
>
t
ж
, то в начале течение частиц имеет ламинарный характер.
Затем по направлению движения толщина движущегося слоя увеличивается и
характер движения становится неустойчивым, волновым, локонообразным, а
затем переходит в вихревой–турбулентный с отрывом вихрей от
стенок (рис. 6.8, а). С изменением характера движения частиц изменяется и
теплоотдача. При ламинарном режиме с увеличением толщины слоя
коэффициент теплоотдачи
α
к
падает, а затем при локонообразном и
турбулентном режимах быстро возрастает и остается постоянным (рис. 6.8, б).
Характер движения частиц воздуха около нагретых горизонтальных труб
показан на рис. 6.9 и около горизонтальных поверхностей, обращенных вверх
или вниз, на рис. 6.10. Если поверхность, обращенная вверх, имеет большие
