Передача теплоты через ребристую стенку

Ребристые поверхности применяют для выравнивания термичес­ких сопротивлений теплоотдачи с обеих сторон стенки, когда одна поверхность стенки омывается капельной жидкостью с большим коэффициентом теплоотдачи, а другая поверхность омывается газом с малым коэффициентом теплоотдачи, создающим большое терми­ческое сопротивление.

Оребрение стенки с большим термическим сопротивлением по­зволяет увеличить ее поверхность соприкосновения с горячей (или холодной) средой, уменьшить общее тепловое сопротивление тепло­передачи и увеличить тепловой поток.

Температура ребер изменяется по их высоте, если , у основа­ния ребра она равна температуре поверхности стенки , а темпе­ратура у вершины ребра будет значительно меньше величины . Поэтому участки поверхности ребра у основания будут передавать больше теплоты, чем участки ребра у вершины. Отношение количества теп­лоты, передаваемой поверхностью ребер в окружающую среду – , к теплоте , которую эта поверхность могла бы передать при по­стоянной температуре, равной температуре у основания ребер, называется коэффициентом эффективности ребер:

, (3.26)

Коэффициент эффективности ребер всегда меньше единицы. Для коротких ребер, выполненных из материала с высоким коэф­фициентом теплопроводности, коэффициент эффективности близок к единице.

Рассмотрим плоскую стенку толщиной , на одной стороне ко­торой имеются ребра (рис. 3.3).

Рис. 3.3

Температура гладкой поверхности – . Температура поверхности ребер и простенков между ними при­нимается в первом приближении равной постоянной величине . Стенка и ребра выполнены из одного материала с высоким коэффициентом теплопроводности . Коэффициент теплоотдачи на глад­кой стороне – , на ребристой коэффициент теплоотдачи (приведённый) – . Площадь гладкой поверх­ности , площадь поверхности ребер и промежутков между ними – . Температура горячей среды , холодной . Тогда для стацио­нарного режима можно написать три уравнения теплового потока:

,

,

.

Решая эти три уравнения относитель­но разности температур, по­лучаем расчётную зависимость:

, Вт. (3.27)

Здесь – коэффициент теплопередачи для ребристой стенки:

, Вт/град. (3.28)

Если тепловой поток отнести к единице гладкой поверхности, то в этом случае можно записать:

, Вт/м град. (3.29)

Если тепловой поток отнести к единице ребристой поверхности, то получим зависимость:

, Вт/м град. (3.30)

Для круглой трубы с наружным оребрением, рассуждая анало­гично, получаем зависимости:

, Вт, (3.31)

, Вт/м град. (3.32)

Здесь – внутренний диаметр трубы;

– наружный диаметр трубы.

Приведенные формулы справедливы для ребер небольшой высоты. Отношение оребрённой поверхности к гладкой называется коэффициентом оребрения.

Точное значение коэффициента теплоотдачи для ребристых по­верхностей может быть определено только экспериментальным путем.

Вопросы для самоконтроля к разделу 3

1. Какой процесс передачи тепла называется теплопередачей?

2. Описать передачу теплоты через стенку.

3. Каким уравнением описывается передача теплоты через стенку?

4. Что называется коэффициентом теплопередачи?

5. Что называется полным термическим сопротивлением, и из каких величин оно

складывается?

6. Передача теплоты через многослойную плоскую стенку и коэффициент

теплопередачи для нее.

7. Как определяются температуры поверхностей стенки?

8. Коэффициент теплопередачи через однослойную цилиндри­ческую стенку;

дать определение.

9. Тепловой поток и коэффициент теплопередачи через много­слойную

цилиндрическую стенку.

10. Уравнение полного термического сопротивления через мно­гослойную

цилиндрическую стенку.

11. Определение температур внутренней и наружной поверхно­стей

цилиндрической стенки.

12. Коэффициент теплопередачи и полное термическое сопротив­ление шаровой

стенки.

13. В каких случаях применяют ребристые стенки?

14. Теплопередача и коэффициент теплопередачи через ребри­стую стенку.