4.2.5 Теплопередача

Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение удобно для изучения каждого из этих процессов. В действительности же теплота передаётся двумя или даже тремя способами одновременно. В большинстве теплотехнических расчётов встречается ситуация передачи теплоты от одной жидкой (газообразной) среды к другой через разделяющую их стенку (рисунок 4.8), причём лучистый теплообмен учитывают только в коэффициенте теплоотдачи ₁

Рисунок 4.8 – Температурное поле при передаче теплоты из одной среды (1) в другую (2):

t₁ и t₂ – температуры первой и второй сред, разделённых плоской стенкой; t_с1 и t_с2 – температуры на поверхностях стенки 1 и 2;   – толщина стенки; q  – удельный тепловой поток через стенку

Поскольку у всех составляющих стационарного режима теплопереноса есть общая величина теплового потока Q, то для разности температур t₁ и t₂ можно записать очевидное соотношение

.

Записывая это выражение относительно удельной плотности теплового потока, получим

q = k(t₁ – t₂),

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К).

Для случая плоской стенки F₁ = F₂ и тогда

. (4.15)

В знаменателе представлены все термические сопротивления на пути теплового потока. Величина k характеризует интенсивность процесса теплопередачи. Управление этим процессом осуществляют воздействием на все составляющие выражения (4.15).

Для интенсификации теплопередачи применяют оребрение (увеличение F), искусственную шероховатость поверхностей нагрева и усиление конвекции (увеличивают ); используют более теплопроводные материалы (снижают тепловое сопротивление R_с) и т. д.

Для ослабления теплопритока усиливают тепловую изоляцию разделяющей стенки, влияя на её термическое сопротивление /, в том числе путём введения многослойной стенки.