Теплоотдача внешней поверхностью.

ЛЕКЦИЯ 4

Теплопередача при стационарном тепловом потоке

Теплопередача через однослойное ограждения

Стационарный тепловой поток формируется при неизменных во времени температурах внутреннего (t_в) и внешнего (t_з) воздуха. Тогда температура в любом слое ограждающей конструкции, является постоянной по величине, так как не происходит нагрева или охлаждения этого слоя. Стационарные условия теплопередачи отличаются от настоящих, однако в практических расчетах дают достаточную точность, необходимую для инженерных требований.

Рассмотрим процесс перехода тепла (рис. 4.1) от внутреннего воздуха к внешнему через однородную однослойную конструкцию толщиной δ с коэффициентом теплопроводности λ. Условно можно выделить три этапа прохождения тепла.

Рис. 4.1 - Схема перехода тепла через однослойное ограджение.

Восприятие тепла внутренней поверхностью.

Как отмечалось ранее, передача тепла от воздуха к внутренней поверхности происходит конвекцией и лучистым теплообменом. Их совместное действие может характеризоваться коэффициентом теплоотдачи у внутренней поверхности (α_в), что является суммой коэффициентов конвективного и лучистого теплообмена, то есть

α_в = α_к + α_п.

Величина α_в характеризует количество теплоты, которая перешла на 1 м² площади ограждения за 1 секунду при разнице температур 1 К [(Дж/(с·м²·К) или Вт/(м²·К)]. Этот коэффициент в инженерных расчетах для поверхностей стен, пола и потолка, которые не имеют ребер, равен α_в = 8,7 Вт/(м²∙К).

Количество тепла (Q_в, Вт),которое перешло на внутреннюю поверхность площадью (F, м²)с температурой (τ_в. ^оС) может быть определено зависимостью

(4.1)

Теплопередача через ограждение.

Происходит теплопроводностью и по закону Фурье количество передаваемой теплоты равно

. (4.2)

Теплоотдача внешней поверхностью.

Происходит также конвекцией и лучистым теплообменом, характеризуется коэффициентом теплоотдачи у внешней поверхности α_з, Вт/(м²∙К).Коэффициент α_з зависит от конвективного теплообмена. На величину α_з существенно влияет скорость ветра. В таблице 4.1 приведены соотношения скорости ветра и величины α_з.

Таблица 4.1 - Соотношения скорости ветра и α_з

v, м/с

α_з, Вт/(м²∙К) 6,3 11,0 15,2 19,1 22,9 26,4 33,3 39,8

Для наружных поверхностей, соприкасающихся с наружным воздухом, в инженерных расчетах [1] принято α_з = 23 Вт/(м²·К). Это соответствует скорости ветра около 5 м/с, принятой как максимальное значение в типовом проектировании.

Количество тепла (Q_з, Вт),перешедшее от внешней поверхности с температурой (τ_з, С) к наружному воздуху, может быть выражено зависимостью

. (4.3)

Общее количество теплоты (Q_о, Вт),которое перешло от (t_в) к (t_з) равно

.

Решая это уравнение по правилу сложных пропорций, находим

. (4.4)

Величина -коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²·К).

Тогда

. (4.5)

Удельное количество тепла, которое проходит через 1 м² ограждения, равно

. (4.6)

В дальнейших расчетах индекс "o" опускается.