Коэффициент теплопередачи единица измерения: Коэффициент теплопередачи, формула и примеры

Коэффициент теплопередачи, формула и примеры

Определение и формула коэффициента теплопередачи

Процесс теплопередачи можно разделить на теплоотдачу энергии горячим веществом стенке, процесс теплопроводности внутри стенки и теплоотдачу стенки энергии холодному веществу.

Поток тепла при стационарной теплопередаче величина постоянная, то есть не зависит от времени и координат.

Теплопередача через плоскую стенку

Рассмотрим плоскую стенку, через которую происходит теплопередача. Поток тепла через нее равен:

где — температура холодного вещества (), — температура горячего вещества, S — площадь стенки, — коэффициент теплопередачи.

Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку является физическая величина () равная:

где — коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, — коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, — толщина стенки, — коэффициент теплопроводности стенки.

Теплопередача через цилиндрическую стенку

Поток тепла свозь стенку в виде цилиндра вычисляют при помощи формулы:

где — линейный коэффициент теплопередачи, — высота цилиндра.

Линейным коэффициентом теплопередачи через стенку в виде цилиндра является физическая величина () равная:

где — внутренний диаметр цилиндра, — внешний диаметр цилиндра. Для цилиндрических стенок, у которых для расчета теплопередачи применяют формулы (1) и (2) для плоской стенки. Если цилиндр (труба) выполнен из материала с высокой теплопроводностью, то величина термического сопротивления () стенки стремится к нулю ( ), тогда коэффициент теплопроводности рассчитывают по формуле:

Теплопередача через шаровую стенку

Поток тепла через шаровую стенку с внутренним диаметром и наружным — , которая разделяет две среды с постоянными температурами и равен:

Линейным коэффициентом теплопередачи через стенку в виде шара является физическая величина () равная:

Единицы измерения коэффициента теплопередачи

Основной единицей измерения коэффициента теплопередачи в системе СИ является:

=Вт/м²К

=Вт/мК

=Вт/К

Примеры решения задач

Теплопередача единица измерения — Энциклопедия по машиностроению XXL

Величина к называется коэффициентом теплопередачи, числовое значение к выражает количество теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между горячей и холодной средой 1 К и имеет ту же единицу измерения, что и коэффициент теплоотдачи, Дж/(с-м2К) или Вт/ (м К).  [c.299]

Величина йг называется линейным коэффициентом теплопередачи-, он характеризует интенсивность передачи теплоты от одной жидкости к другой через разделяющую их стенку. Величина численно равна количеству теплоты, которое проходит от одной среды к другой через стенку трубы длиной 1 м в единицу времени при разности температур между ними 1 К единица измерения кь— Вт/(м-К).  [c.302]

Увеличение числа основных единиц измерения может быть полезным только в том случае, если из дополнительных физических соображений ясно, что физические постоянные, возникающие при введении новых основных единиц измерения, несущественны. Например, если рассматривается явление, в котором имеют место механические и тепловые процессы, то для измерения количества тепла и механической энергии можно ввести две различные единицы измерения — калорию и джоуль, но при этом необходимо ввести в рассмотрение размерную постоянную А — механический эквивалент тепла. Допустим, что рассматривается явление теплопередачи в движущейся несжимаемой идеальной жидкости. В этом случае не происходит превращения тепловой энергии в механическую или обратную, и поэтому тепловые и механические процессы будут протекать независимо от значения механического эквивалента тепла. Если бы имелась возможность менять величину механического эквивалента тепла, то это никак не сказалось бы на значениях характерных величин. Следовательно, в рассматриваемом случае постоянная А не войдет в физические соотношения и увеличение числа основных единиц измерения позволит получить с помощью теории размерности дополнительные данные.  [c.159]

Теплопередача 193—197 —Коэффициенты — Единицы измерения 19  [c.1000]

Мерой теплопередачи служит количество перенесенной теплоты. За единицу измерения количества теплоты в теплотехнике принималась до самого последнего времени килокалория, теперь же преимущество должно отдаваться килоджоулю в связи с необходимостью переходить постепенно на систему единиц СИ 1 ккал = = 4,19 кдж-, 1 кдж = 0,239 ккал.  [c.5]

Соотношение для единиц измерения коэффициентов теплоотдачи (а) и теплопередачи (К)  [c.292]

За единицу измерения коэффициента теплопередачи а в системе единиц килограмм-масса, метр, секунда обычно принимается дж м сек град.  [c.263]

Соотношение для единиц измерения коэффициентов теплоотдачи ( ) и теплопередачи к)  [c.208]

Из формулы (2-13) следует, что коэффициент теплопередачи к показывает, сколько калорий в час передается через I данной поверхности нагрева при разности температур в 1°С. Единицей измерения его, так же как и коэффициента теплоотдачи а, служит ккал м час град. Отдельные слагаемые в знаменателе формулы (2-14) представляют собой тепловые сопротивления для 1 м поверхности они называются термическими сопротивлениями.  [c.100]

Мерой теплопередачи служит количество перенесенной теплоты. За единицу измерения количества теплоты в теплотехнике принимается килокалория.  [c.7]

В системе СИ единицами измерения служат F — м , т — сек, Q — дж, ( 1 — I2) — град отсюда единицей измерения коэффициента теплопередачи оказывается величина  [c.59]

СС] и 2 — коэффициенты теплоотдачи, измеряющие количества тепла, которыми обменивается в единицу времени на единицу поверхности стенка с текущей около нее жидкостью при разности температур между поверхностью стенки и жидкости Г. Единица измерения коэффициента теплоотдачи та же, что и у коэффициента теплопередачи.  [c.60]

S (l — I ) кг. где Вд и В — начальная и конечная концентрация раствора в любых единицах измерения. Поверхность нагрева В.-а. обычно определяют только для стадии кипячения из уравнения теплопередачи  [c.129]

Единица измерения линейного коэффициента теплопередачи — Вт/ (м К), единица измерения линейного термического сопротивления теплопередачи — м К/Вт.  [c.278]

Единицей измерения для Ксф служит Вт/К, для термического сопротивления теплопередачи сферической стенки — К/Вт. Анализ формул (16.3), (16.8) и (16.15) для термических сопротивлений стенок различной конфигурации показывает, что чем больше площадь внешней поверхности стенки отличается от площади внутренней, тем меньше при прочих равных условиях термические сопротивления теплоотдачи таких стенок. Например, у плоской стенки = 1/ Xi, у цилиндрической Ri = а для сферической стенки R = Ипк а . Поэтому для понижения термического сопротивления системы в целом достаточно увеличить площадь поверхности стенки, сделав ее ребристой с той стороны, где меньше теплоотдача. Ребра увеличивают площадь поверхности теплообмена и таким образом при том же а способствуют повышению количества передаваемой теплоты. В последнем нетрудно убедиться, если проанализировать, как передается теплота через ребристую стенку (рис. 16.4).  [c.282]

Е. Контакт с хорошо перемешиваемой, жидкостью или с идеальным проводником. В калориметрии и в других методах измерения, связанных с теплопередачей, часто оказывается, что поверхность твердого тела соприкасается с жидкостью, перемешиваемой настолько хорошо, что температура жидкости всюду одинакова. Пусть твердое тело имеет теплопроводность К, площадь поверхности 5 и температуру поверхности V, причем v сохраняет постоянное значение на всей поверхности. Пусть, далее, хорошо перемешиваемая жидкость, соприкасающаяся с твердым телом, имеет массу М и удельную теплоемкость с, и пусть ее температура равна V. Для общности предположим, что в жидкость с массой М поступает в единицу времени от внешнего источника количество тепла Q и что потеря тепла вследствие излучения в среду с температурой г/о (отнесенная к единице площади в единицу времени) составляет //j(K — Uq). Если SV — увеличение температуры жидкости с массой М за время о , то мы можем написать  [c.29]

Пользуясь приведенным ранее приемом, устанавливаем, что коэффициент теплопередачи измеряет количество тепла, передаваемого от одной жидкости к другой через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в один градус. В системе МКС единицей измерения служит дж м — сек — град) = втЦм X Xград) или внесистемная единица ккал/ м ч  [c.221]

Единицей измерения коэффициента теплопередачи служит ккал1м я град-, величина его зависит от физических свойств газов или жидкости, скорости их движения и т. п.  [c.42]

В системах СИ и МКС единицы измерения коэффициентов теплообмена и теплопередачи вт .ч град)-, внеснстемные единицы шал (м — ч град) п кал [смр секХ Хград).  [c.104]

Величина к называется коэффициентом теплопередачи. Единицей его измерения является ккал1м ч град.  [c.227]

Единицей измерения коэффициента теплопередачи к в системе МКС служит вт м град, причем 1 ккал1м ч град=1, 63 вт1м -град.  [c.227]

Термометр ТМ 200U для определения коэффициента теплопередачи

Термометр ТМ 200U для определения коэффициента теплопередачи

ТМ 200U термометр предназначен

для определения коэффициента теплопередачи. Прибор одновременно отображает: коэффициент теплопередачи, внешнюю температуру (°C), температуру поверхности стены (°C) и температуру окружающей среды (°C). Содержит сменные модули, прост в эксплуатации, оснащен большим графическим дисплеем с подсветкой голубого цвета, поддерживает беспроводную связь с ПК и беспроводными зондами. 

TM 200U термометр специализированный и его функции:

• Определение коэффициента теплопередачи строительных материалов на основании значений наружной температуры, температуры поверхности стен и температуры окружающей среды.
• Измерение температуры.
• Максимально 8000 точек измерений.
• До 6 измерений одновременно.
• Автоматическое распознование беспроводных и проводных зондов при подключении к прибору.
• С одним прибором доступно несколько диапазонов и параметров.
• Выбор единиц измерения.
• Максимальное и минимальное значение и удержание результатов.
• 4-канальное сохранениедля термопар типа К, J и Т.
• Вычисление коэффицмента теплопередачи.
• Настраиваемые диапазоны измерений.

ТМ 200U термометр — технические характеристики:

TM 200U термометр — принцип действия:

Определение коэффициента теплопередачи является самой важной величиной для оценки тепловых характеристик строительных материалов. Для вычисления коэффициента теплопередачи необходимы 3 значения температуры: наружная температура, температура поверхности стены, температура окружающей среды. Беспроводной зонд позволяет легко и быстро определить наружную температуру при закрытых окнах.
Зонд располагается напротив снаружи и передает измеренное значение на TM 200U по системе беспроводной связи. Две другие необходимые величины определяются с помощью трех проводных зондов с термопарой, закрепленных на поверхности стены с помощью установочной пасты, и зонда окружающей среды с термопарой, подсоединенного к модулю прибора TM200. После того, как все три требуемые величины переданы на TM 200U, прибор рассчитывает и отображает коэффициент теплопередачи.

Термометр: Зонд с термопарой

В соответствии с эффектом Зеебека, который состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает ЭДС (термоэдс), если места контактов поддерживают при разной температуре.

Термометр: Зонд Pt100

Pt100 – это сопротивление с положительным температурным коэффициентом, который изменяется в зависимости от температуры. Чем выше температура, тем больше возрастает величина сопротивления. Т.е. для 0°С~1000Ω, для 100°С~1385Ω.

ТМ 200U термометр специализированный в стандартной комплектации:

1. 3 проводных термопары 2 м, 1 термопара для измерения температуры окружающей среды
2. Температурный модуль для подключения термопары
3. Зонд Pt1000 Smart-Plus RF
4. Чехол для транспортировки
5. Защищенный корпус (по CE200)
6. Установочная паста для зондов
7. Держатель зонда

Дополнительное оборудование термометра ТМ 200U:

• Модуль тока/напряжения
• 8 аккумуляторов с зарядным устройством
• Штатив
• Программное обеспечение регистратора Datalogger-10: обеспечивает запись нескольких параметров, ручное и автоматическое сохранение, память до 8000 точек измерения или 50 записей, возможность печати созданного пользователем отчета, управление коллектором данных, отслеживание периода поверки, расписание записей и поддержку проводного или беспроводного интерфейса.
• Токоизмерительные клещи с кабелем ПВХ, длиной 2 метра и гнездовым разъемом (KPIJ)
• Телескопический удлинитель, длина 1 м, угол изгиба 90° для измерительных зондов (RTS)
• Кабель тока/напряжения ПВХ, длина 2 метра и гнездовым разъемом (CTC-P)
• Силиконовая термопаста для зондов температуры (GST)
• Адаптер для источника питания 230 В переменного тока (ADS)
• Адаптер для источника питания 230 В переменного тока (ADS)
• Черный шар ø 150 мм с контактом для подключения зонда температуры ø 4,5 мм (BN), доступны другие размеры
• Комплект 4 аккумуляторов LR6 (JAC)
• Зарядное устройство для 4 аккумуляторов (CHA)

ТМ 200U термометр специализированный для определения коэффициента теплопередачи может поставляться с разными зондами температуры: окружающей среды, контактные, проникающие, проникающие для пищевой промышленности, общего применения и другие.

Гарантийный период TM 200U термометра специализированного:

Прибор имеет гарантию 1 год в случае обнаружения производственного дефекта (требуется возврат в отдел послепродажного обслуживания для выполнения оценки).

Сопутствующие товары

Термометр ТМ 200U для определения коэффициента теплопередачи,
заполните заявку и наши специалисты перезвонят Вам в течение часа.

Не могу найти указанный чанк «ajax-fos-product» с формой.

Перевод физических величин: таблицы перевода единиц измерения

Основные и производные (механические и тепловые) единицы СИ: Длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила электрического тока, сила света, площадь, объем, вместимость, скорость линейная, ускорение линейное, частота вращения, плотность, сила, вес, момент силы, момент пары сил, давление, механическое напряжение, модуль упругости, поверхностное напряжение, динамическая вязкость, кинематическая вязкость, работа, энергия, мощность, поток энергии, количество теплоты, термодинамический потенциал (внутренняя энергия), теплоемкость системы, удельная теплоемкость, удельная энтропия, теплопроводность.

Ниже представлены таблицы перевода величин в другие единицы измерения для основных и производных единиц, для британской системы единиц измерения, даны таблицы соотношения мер вместимости, перевода единиц давления, скорости, объемного расхода и теплопроводности.

Перевод физических величин в другие единицы измерения

Представлены соотношения между единицами измерения для следующих величин: сила, давление, работа, энергия, количество теплоты, тепловой поток, плотность теплового потока, энтальпия, теплота фазового перехода, теплоемкость, динамический коэффициент вязкости (динамическая вязкость), коэффициент теплопроводности (теплопроводность), коэффициент теплопередачи (теплоотдачи), коэффициент излучения.

Перевод физических величин из британской системы единиц измерения в другие

Приведены соотношения между единицами измерения в британской системе для таких величин, как длина, площадь, объем, масса, удельный объем, плотность, давление, коэффициент вязкости, кинематический коэффициент вязкости (кинематическая вязкость), температура, количество теплоты, плотность теплового потока, теплоемкость, коэффициент теплопроводности (теплопроводность), коэффициент теплопередачи (теплоотдачи).

Перевод единиц измерения (основных и производных)

В таблице представлены: основные единицы СИ (системы интернациональной), производные единицы СИ (механические и тепловые единицы измерения).

Соотношение мер вместимости

Соотношение между объемами в миллилитрах, литрах, декалитрах, миллиметрах, сантиметрах, дециметрах и метрах кубических.

Перевод единиц измерения давления кгс/см² и м вод. ст. в единицы СИ

В таблице представлены коэффициенты перевода единиц давления кгс/см² (атм.) и м вод. ст. в паскали, килопаскали и мегапаскали.

Перевод единиц измерения давления мм рт. ст. в единицы СИ

Перевод единиц давления мм рт. ст. в паскали, килопаскали и мегапаскали.

Перевод единиц измерения скорости км/ч в м/с

Перевод единиц скорости в диапазоне от 1 до 1000 км/час.

Перевод единиц измерения объемного расхода м³/ч в л/мин и л/с

Перевод единиц измерения объемного расхода в интервале от 1 до 100 м³/ч.

Часто применяемые постоянные величины (константы)

В таблице приведены значения следующих констант: абсолютный нуль температуры, атмосфера нормальная, коэффициент теплового расширения идеальных газов, скорость звука в сухом воздухе при 0°С, скорость света в пустоте, ускорение свободного падения, механический эквивалент теплоты, отношение длины окружности к ее диаметру (число π), объем грамм-молекулы газа.

Коэффициенты перевода единиц измерения теплопроводности

В таблице представлены основные единицы измерения теплопроводности и их переводные коэффициенты.

Источники:

1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
2. Рудин М.Г., Сомов В.Е., Фомин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика. 2004. — 333 с.

Методические указания по теплотехнике для студентов

Теплота передается через ограждающие конструкции помещений, а также во всех непрерывно действующих нагревательных приборах — котлах, печах, водо- и воздухоподогревателях, сушилках, пропарочных камерах и других теплообменниках.

Расчет теплопередачи заключается обычно в определении количества теплоты, которая передается в единицу времени между теплоносителями через стенку, разделяющую их.

Может рассматриваться и обратная задача — определение требуемой площади поверхности стенки между жидкостями для передачи заданного количества теплоты от горячего теплоносителя к холодному.

Попутно с этими основными задачами при конструировании ограждений, разделяющих горячую и холодную жидкости (стенки печей, барабанов, кипятильных труб котла и т. п.), рассчитывают температуры на поверхности каждого слоя ограждения, с тем чтобы рабочая температура материала не превышала максимально допустимое для него значение.

В настоящей главе рассматривается теплопередача через плоскую, цилиндрическую, сферическую и ребристую стенки для условий стационарного режима, а также методика расчета теплообменных аппаратов.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Теплопередача через плоскую стенку

Теплота передается от горячей жидкости с температурой к холодной жидкости, имеющей температуру , через плоскую однородную стенку с теплопроводностью .

Стенка имеет толщину , которая значительно меньше линейных размеров ее площади поверхности S, что дает возможность пренебречь потерями теплоты с торцов стенки. Значения коэффициентов теплоотдачи, определяемые условиями движения жидкостей, считаем известными и соответственно равными на горячей стороне и на холодной ,.

Температуры поверхностей стенки неизвестны. Обозначим их соответственно через и °С (рис. 16.1, а). Требуется определить плотность теплового потока, проходящего через стенку, и распределение температур в стенке. В условиях стационарного режима вся теплота, передаваемая горячей жидкостью стенке, проходит через нее и поглощается холодной средой. При этом плотность теплового потока q может быть выражена равенствами:

Рис. 16.1. Схема теплопередачи между двумя жидкостями через плоскую стенку (а) и графический способ определения температурного поля в стенке (б)

Из этих равенств определяем разности температур:

и, складывая их, получаем

откуда искомая величина

а тепловой поток

где

Коэффициент К носит название коэффициента теплопередачи. Он имеет ту же размерность, что и ; числовое значение его определяет мощность теплового потока, проходящего от одного теплоносителя к другому через единицу поверхности стенки, разделяющей эти теплоносители, при разности температур между ними 1°.

В знаменателе формулы (16.2) слагаемое представляет собой термическое сопротивление теплопроводности (см. § 13.2), а слагаемые и — термические сопротивления теплоотдачи ( — от горячей жидкости к стенке, а — от стенки к холодной жидкости). Сумма термических сопротивлений , представляющая собой величину, обратную коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередачи и обозначается R, т. е.

Единицами измерения для К и R служат соответственно и .

Для плоской стенки, состоящей из нескольких слоев толщиной с соответствующими теплопроводностями , термическое сопротивление теплопередачи составит

В этом случае выражение (16.2) для коэффициента теплопередачи К принимает вид

Из формулы видно, что величина К всегда меньше каждой из величин и и если термические сопротивления слоев стенок малы по сравнению с и , то

Полученное равенство показывает, что наибольшее влияние на К оказывает тот коэффициент теплоотдачи, который значительно меньше другого: например, при

Для определения температуры и на поверхностях стенки достаточно подставить найденное значение плотности теплового потока q в равенство (а), тогда:

Графический способ определения температур

Эти температуры можно также определить графическим способом (рис. 16.1, б), суть которого состоит в том, что но оси абсцисс в одном масштабе откладывают последовательно все термические сопротивления, а на крайних ординатах от произвольного нуля откладывают температуры и .

Соединяя полученные точки прямой линией GК , получаем в точке пересечения ее с остальными ординатами температуры на поверхностях слоев стенки и . Из рассмотрения подобия треугольников, например треугольников GPL и GHK, следует, что

=, откуда

Согласно уравнению (16.4), следовательно, отрезок или . Аналогично из подобия треугольников и GHK доказывается, что отрезок

Возможно эта страница вам будет полезна:

Теплопередача через цилиндрическую стенку

Мощность теплового потока, передаваемого от горячей жидкости к холодной через цилиндрическую стенку, находят по той же методике, что и для плоской стенки.

Пусть внутри трубы, диаметр которой достаточно мал по сравнению с ее длиной (это позволяет пренебречь потерями теплоты через торцы стенки), протекает горячая жидкость с постоянной температурой — Снаружи трубы находится холодная среда, температура которой также неизменна и равна. Стенка грубы однородна, ее теплопроводность равна , внутренний диаметр наружный

Суммарные коэффициенты теплоотдачи соответственно равны и . Неизвестные температуры на внутренней поверхности стенки обозначим и на наружной (рис. 16.2). В условиях стационарного режима линейная плотность теплового потока, т. е. количество теплоты, переданной от нагретой среды стенке, прошедшего через стенку и. переданного от стенки к более холодной среде, будет постоянным и соответственно равным:

Определяя по этим уравнениям разности температур:

и суммируя, можем написать

Рис. 16.2. Теплопередача между двумя жидкостями через цилиндрическую стенку

или

где

— линейный коэффициент теплопередачи, числовое значение которого определяет мощность теплового потока , проходящего от одного теплоносителя к другому через 1 м длинны трубы при разности температур между теплоносителями, равной 1°.

Величину находят по формуле

Мощность теплового потока, переданного через трубу длиной l, составляет

Величина, обратная линейному коэффициенту теплопередачи, называется линейным термическим сопротивлением теплопередачи, т. е.

В этом уравнении среднее слагаемое является термическим сопротивлением теплопроводности стенки (см. § 13.2), а крайние слагаемые и — термическими сопротивлениями теплоотдачи от горячей жидкости к внутренней поверхности цилиндрической стенки и от наружной поверхности к холодной жидкости.

Единица измерения линейного коэффициента теплопередачи

Единица измерения линейного коэффициента теплопередачи — , единица измерения линейного термического сопротивления теплопередачи — м • К/Вт.

Для многослойной цилиндрической стенки в состав выражения для вычисления линейного термического сопротивления вместо одного слагаемого, определяющего сопротивление теплопроводности стенки,

должен входить ряд однотипных слагаемых в соответствии с числом слоев, т. е.

Неизвестные значения температур поверхностей стенки и находят из равенств (б), если подставить в них полученное значение по уравнению (16.6). Решая эти равенства, можем написать:

Температуры между слоями у многослойной цилиндрической стенки могут быть определены или графическим способом аналогично определению температур у плоской многослойной стенки, или аналитическим путем, рассмотренным.

Плотность теплового потока, отнесенного к внутренней или наружной поверхности трубы, определяется по известным соотношениям:

где — коэффициенты теплопередачи цилиндрической стенки, отнесенные соответственно к единице внутренней или наружной ее поверхности, определяемые по формулам:

dn+1 1 lyn dn+1 di+l

При в соответствии с уравнением (13.12′) , что позволяет упростить расчетные формулы, которые, например, для и принимают вид:

В случае использования тонких цилиндрических стенок значения и определяют по тем же уравнениям, что и для плоской многослойной стенки формула (16.2), так как отношения и практически можно принять равными единице.

Этим, в частности, объясняется то положение, что при расчете теплообменных аппаратов, имеющих обычно трубчатую конструкцию (конденсаторы, котлы, подогреватели), теоретический коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле для плоской многослойной стенки.

Рассмотрим более подробно формулу (16.8), определяющую линейное термическое сопротивление теплопередачи трубы. Из этой формулы следует, что с увеличением наружного диаметра трубы возрастает термическое сопротивление теплопроводности стенки и уменьшается термическое сопротивление теплоотдачи от стенки к холодной жидкости . Поэтому в зависимости от толщины стенки трубы ее термическое сопротивление теплопередаче будет увеличиваться или уменьшаться.

• Из рис. 16.3 видно, что при определенном значении , называемом критическим, термическое сопротивление стенки трубы R будет иметь минимальное значение, и количество теплоты, передаваемой в этом случае от внутренней среды к наружной, будет максимальным. Величину легко определить математическим путем.

Для этого нужно взять производную термического сопротивления грубы при переменном и приравнять ее к нулю. В результате получим:

Исследование полученной формулы показывает, что, например, для стальной трубы при = 46 Вт/ (м • К) и = 14 Таким образом, предельное значение диаметра металлических труб, после увеличения которого количество передаваемой через трубу теплоты

Рис. 16.3. К определению минимального термического сопротивления стенки трубы

будет падать, весьма велико и измеряется метрами. В границах этого диаметра чем толще стенка металлической трубы, тем больше теплоты через нее будет передаваться от горячей жидкости к холодной. Если труба изготовлена из теплоизоляционного материала, например асбестовой массы с= 0,167 Вт/ (м • К ), то при том же значении = 14 2 • 0,167 : 14 = 0,024 м, т. е. для труб с наружным диаметром более 24 мм при увеличении толщины изоляции теплопередача будет снижаться.

У бетонных труб при = 1,17Вт/ (м • К) и =14 ) 160 мм. При наружных диаметрах этих труб, которые меньше или больше 160 мм, количество теплоты, передаваемой от внутренней ■среды к наружной, снижается.

Это означает, что если металлическую трубу покрыть слоем бетона, теплопередача через такую двухслойную цилиндрическую стенку может оказаться больше, чем через чистую металлическую трубу.

Действительно, если наружный диаметр стальной трубы принять равным 40 мм, толщину ее стенки 2 мм, а наружный диаметр бетонной рубашки на этой трубе 120 мм, то при 46 Вт/ (м • К), = 1,17 Вт/ (м • К), = 2800 и = 14 термическое сопротивление чистой металлической трубы составит

а трубы с бетонной рубашкой —

т. е. почти в 2 раза меньше, чем стальной трубы без слоя бетона. Это свидетельствует о том, что при диаметре цилиндрической оболочки меньше тепловая изоляция теряет свою роль.

Поэтому при конструировании нагревательных приборов целесообразно использовать бетон, а также керамику для частичной замены металла.

В частности, в промышленности строительных материалов широкое применение находят керамические рекуператоры, состоящие из блоков различного фасонного сечения, образующих при укладке взаимно перекрещивающиеся каналы, по одной стороне которых движется воздух, подругой — продукты горения топлива.

Теплопередача через сферическую и ребристую стенки

При установившемся тепловом состоянии системы количество теплоты Q, переданной через однородную сферическую стенку от горячей жидкости к холодной, так же как количество теплоты, переданной плоской и цилиндрической стенками, может быть выражено тремя следующими уравнениями:

где , — внутренний и наружный диаметры сферической стенки; , — коэффициенты теплоотдачи от горячей жидкости к стенке и от стенки холодной жидкости; — теплопроводность материала стенки; , — температуры поверхностей стенки.

Из этих уравнений определяют искомое значение

где — коэффициент теплопередачи для сферической стенки, равный:

Величина, обратная называется термическим сопротивлением теплопередачи сферической стенки и выражается соотношением

Единицей измерения для служит Вт/К, для термического сопротивления теплопередачи сферической стенки — К/Вт.

Анализ формул (16.3), (16.8) и (16.15) для термических сопротивлений стенок различной конфигурации показывает, что чем больше площадь внешней поверхности стенки отличается от площади внутренней, тем меньше при прочих равных условиях термические сопротивления теплоотдачи таких стенок.

Например, у плоской стенки у цилиндрической а для сферической стенки . Поэтому для понижения термического сопротивления системы в целом достаточно увеличить площадь поверхности стенки, сделав ее ребристой с той стороны, где меньше теплоотдача.

Ребра увеличивают площадь поверхности теплообмена и таким образом при том же способствуют повышению количества передаваемой теплоты.

В последнем нетрудно убедиться, если проанализировать, как передается теплота через ребристую стенку (рис. 16.4).

Пусть площадь поверхности этой стенки с гладкой стороны с ребристой — , температуры жидкостей, омывающих стенку, и коэффициенты теплоотдачи и при этом , температуры поверхностей стенки и теплопроводность стенки , а ее толщина .

Процесс передачи теплоты через стенку соответственно трем

Рис. 16.4. Схема теплопередачи через ребристую стенку

составляющим его звеньям может быть выражен следующими тремя уравнениями:

Q

Решая эти уравнения относительно частных температурных напоров и складывая их, получим

гдe Kp — коэффициент теплопередачи я ребристой стенки, равный:

При расчете плотности теплового потока на единицу гладкой поверхности стенки имеем

где — коэффициент теплопередачи, отнесенный к плоской поверхности ребристой стенки и равный:

Если определяют тепловой поток на единицу ребристой поверхности стенки, то расчетная формула принимает вид

• где — коэффициент теплопередачи, отнесенный к ребристой поверхности стенки и равный:

Расчет теплопередачи через тела неправильной формы можно приближенно сводить к трем рассмотренным случаям. С этой целью стенку сложного очертания мысленно деформируют, придавая ей правильную форму плоской стенки, цилиндра или шара в зависимости от того, к какому типу тел ее можно отнести.

При этом расчетную толщину такой деформированной стенки определяют из условия равенства ее объема и объема правильной стенки, а расчетный коэффициент теплоотдачи для поверхности деформированной стенки находят из равенства:

где индекс «д» относится к деформированной стенке, а величины без индекса характеризуют стенку правильной формы.

Все приведенные формулы по расчету теплопередачи могут быть использованы и для расчета тепловой изоляции.

Для этого с учетом допустимых тепловых потерь объекта, возможности осуществления технологического процесса, а также соблюдения техники безопасности выбирают вид изоляции, температуру на ее поверхности и рассчитывают требуемую толщину слоя изоляции. Основные темы теории из учебников тут, надеюсь она вам поможет.

При выборе изоляции немаловажное значение имеют и такие факторы, как масса, гигиеничность, удобство монтажа и срок службы изоляции.

Перевод единиц измерения Теплопроводности — таблица.

Коэффициент температуропроводности — Словарь терминов | ПластЭксперт

Понятие и общие сведения

Значение данного коэффициента характеризует теплопроводность материала, которая, в свою очередь, является физическим параметром, отражающим скорость изменения температуры тела в течение нестационарных тепловых процессов. Теплопроводность является мерой тепло-инерционных свойств любого материала.

Численное значение коэффициента температуропроводности определяется как отношение коэффициента теплопроводности материала к произведению удельной теплоёмкости этого материала, взятой при постоянном давлении, на его плотность. Коэффициент температуропроводности измеряется в системе физических единиц СИ в кв.м/секунда. Рассмотрим все три величины – температуропроводность, теплопроводность и удельную теплоёмкость.

Значение коэффициента температуропроводности находится в зависимости от химической и физической природы материала. Вещества в жидкой и особенно газовой фазе имеют невысокие значения этого показателя. Для твердых тел и в особенности металлы, коэффициент температуропроводности обладает наибольшими значениями.

Температуропроводность

Характеристика вещества под названием «температуропроводность», которая собственно и описывается коэффициентом температуропроводности, является одной из физических величин. Она характеризует скорость изменения или выравнивания температуры материала в неравновесных процессах, связанных с тепловой энергией.

Температуропроводность характеризует материал. Вместе с теплопроводностью они являются важнейшими тепловыми свойствами материалов, т.к. они отражают процессы переноса теплоты и температурные изменения в веществе.

Теплопроводность

Теплопрово́дностью называется способность материалов осуществлять трансфер тепловой энергии по направлению от нагретых областей тела к более холодным областям тела. Перемещение тепла осуществляется в процессе хаотического перемещения элементарных частиц вещества, это могут быть молекулы, атомы, ионы и т.д. Указанный тепловой процесс протекает практически в любых веществах и предметах, имеющих разницу температур в разных своих частях. Сам механизм перемещения тепловой энергии при этом находится в зависимости от агрегатного состояния, в котором находится рассматриваемое тело.

Теплопроводностью в том числе именуют количественную характеристику тела по проведению через себя тепловой энергии. Это свойство подобно электрической проводимости в электротехнике. Такая особенность материала характеризуется специальной постоянной для каждого вещества – коэффициентом теплопроводности. Такой коэффициент принимается равным количеству теплоты, которое проходит через однородный образец вещества длиной 1 метр, через единицу площади 1 кв.метр за 1 секунду при разнице температур в 1 градус Кельвина (или Цельсия). В упомянутой ранее системе СИ единицей измерения данного коэффициента теплопроводности принят Вт/(м·K).

Изначально ученые считали, что трансфер теплоты осуществляется за счет перетекания предполагаемого «вещества» под названием «теплород» от одного тела или вещества к другому. Эта гипотеза была забракована в ходе развития молекулярно-кинетической теории. Тогда процесс теплопроводности стало возможно объяснить, основываясь на механизмах воздействий элементарных частиц материи друг на друга. Атомы, молекулы и ионы в областях вещества с более высокой температурой перемещаются активнее и таким образом передают свою избыточную энергию при помощи столкновений с менее скоростными «холодными» элементарными частицам, расположенными в менее нагретых областях материала.

Удельная теплоёмкость

Удельной теплоемкостью материала называется физическая величина, которая равна количеству тепловой энергии, необходимой для передачи телу с массой 1 килограмм для повышения температуры этого тела на 1 градус К. В международной системе единиц СИ удельная теплоемкость обозначается латинской буквой С, а единицей ее измерения является «джоуль на килограмм-кельвин» или Дж/кг*градусК.

Исходя из вышесказанного значение удельной теплоёмкости материала можно интерпретировать как теплоёмкость единицы его массы. Температура самого вещества и, следовательно, окружающей среды оказывает прямое влияние на величину удельной теплоёмкости. При различной температуре показатель удельной теплоёмкости любого материала будет отличаться.  

Значение для процессов переработки пластмасс

В полимерной промышленности коэффициент температуропроводности является значимой физической величиной пластиков. Он используется в расчетах при проектировании изделий из пластмасс и при эксплуатации конструкционных деталей из полимеров.

Рис.1. Пластиковые окна – важнейшая область расчетов теплопроводности полимеров

Важны тепловые расчеты при использовании би-материальных систем, например полимер-металл. Прочностные и тепловые расчеты таких деталей – важнейшее условия их успешного производства и экстплуатации.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на         

Доске объявлений ПластЭксперт

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на               

Форуме о полимерах ПластЭксперт

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Вернуться к списку терминов

Общий коэффициент теплопередачи

Теплопередача через поверхность, например стену, может быть рассчитана как

q = UA dT (1)

, где

q = теплопередача (Вт (Дж / с ), БТЕ / ч)

U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м ² K), БТЕ / (фут ² ч ^o F) )

A = площадь стены (м ² , фут ² )

dT = (t ₁ — t ₂ )

= разница температур по стене ( ^o C, ^o F)

Общий коэффициент теплопередачи для многослойной стены, трубы или теплообменника — с потоком жидкости с каждой стороны стены — можно рассчитать как

1 / UA = 1 / час _ci A _i + Σ (s _{n 900 45 / k n A n ) + 1 / h co A o} (2)

где

U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м ² K), БТЕ / (фут ² h ^o F) )

k _n = теплопроводность материала в слое n (Вт / (м · К), БТЕ / (час фут · ° F) )

час _{ci, o} = внутренняя или внешняя стенка индивидуальная жидкость конвекция коэффициент теплопередачи (Вт / (м ² K), БТЕ / (фут ² ч ^o F) )

с _n = толщина слоя n (м, футов)

A плоская стена с равной площадью во всех слоях — можно упростить до

1 / U = 1 / h _ci + Σ (s _n / k _n ) + 1 / h _co (3 )

Теплопроводность — k — для некоторых типичных материалов (проводимость не зависит от температуры)

• Полипропилен PP: 0.1 — 0,22 Вт / (м · К)
• Нержавеющая сталь: 16 — 24 Вт / (м · К)
• Алюминий: 205 — 250 Вт / (м · К)

Преобразовать между Метрические и британские единицы

• 1 Вт / (м · К) = 0,5779 БТЕ / (фут · ч ^o F)
• 1 Вт / (м ² K) = 0,85984 ккал / (hm ^{2 o} C) = 0,1761 Btu / (ft ² h ^o F)

Коэффициент конвективной теплопередачи — h — зависит от

• тип жидкости — газ или жидкость
• свойства потока, такие как скорость
• другие свойства, зависящие от потока и температуры

Коэффициент конвективной теплопередачи для некоторых распространенных жидкостей:

• Воздух — от 10 до 100 Вт / м ² K
• Вода — 500 до 10 000 Вт / м ² K

Многослойные стены — Калькулятор теплопередачи

Этот калькулятор можно использовать для расчета общего коэффициента теплопередачи и теплопередачи через многослойную стену.Калькулятор является универсальным и может использоваться для метрических или британских единиц при условии, что единицы используются последовательно.

A — площадь (м ² , фут ² )

t ₁ — температура 1 ( ^o C, ^o F)

t ₂ — температура 2 ( ^o C, ^o F)

h _ci — коэффициент конвективной теплоотдачи внутри стенки (Вт / (м ² K), Btu / ( футов ² ч ^o F) )

с ₁ — толщина 1 (м, фут)

k ₁ — теплопроводность 1 (Вт / (м · К), БТЕ / (час · фут · ° F) )

с ₂ — толщина 2 (м, фут)

k ₂ — теплопроводность 2 ( Вт / (м · К), БТЕ / (ч · фут · ° F) )

с ₃ — толщина 3 (м, фут)

k ₃ — теплопроводность 3 (Вт / (м · К), БТЕ / (час фут ° F) )

ч _co — коэффициент конвективной теплоотдачи снаружи стены (Вт / (м ² K), БТЕ / (фут ² h ^o F) )

Сопротивление теплопередаче

Сопротивление теплопередачи можно выразить как

R = 1 / U (4)

, где

R = сопротивление теплопередаче (м ^{) 2} K / Вт, футов ² h ° F / Btu)

Стена разделена на участки термического сопротивления, где

• теплопередача между жидкостью и стеной составляет одно сопротивление

90 181 сама стена представляет собой одно сопротивление

• перенос между стенкой и второй жидкостью представляет собой тепловое сопротивление

Поверхностные покрытия или слои «обожженного» продукта добавляют дополнительное тепловое сопротивление стенке, уменьшая общий коэффициент теплопередачи.

Некоторые типичные сопротивления теплопередаче

• статический слой воздуха, 40 мм (1,57 дюйма) : R = 0,18 м ² K / W
• внутреннее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,13 м ² K / W
• внешнее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,04 м ² K / W
• внутреннее сопротивление теплопередаче, тепловой ток снизу вверх: R = 0,10 м ² K / W
• внешнее сопротивление теплопередаче, тепловой ток сверху вниз: R = 0.17 м ² K / W

Пример — передача тепла в теплообменнике воздух-воздух

Пластинчатый теплообменник воздух-воздух площадью 2 м ² и толщиной стенки 0,1 мм может быть изготовлен в полипропилен PP, алюминий или нержавеющая сталь.

Коэффициент конвекции теплопередачи для воздуха составляет 50 Вт / м ² K . Внутренняя температура теплообменника составляет 100 ^o C , а наружная температура составляет 20 ^o C .

Общий коэффициент теплопередачи U на единицу площади можно рассчитать, изменив (3) на

U = 1 / (1 / h _ci + s / k + 1 / h _co ) (3b)

Общий коэффициент теплопередачи для теплообменника из полипропилена

• с теплопроводностью 0,1 Вт / мК составляет

U _PP = 1 / (1 / ( 50 Вт / м ² K ) + ( 0.1 мм ) (10 ^-3 м / мм) / ( 0,1 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м ² K ) )

= 24,4 Вт / м ² K

Теплопередача

q = ( 24,4 Вт / м ² K ) ( 2 м ² ) (( 100 ^o C ) — (2 0 ^o C ))

= 3904 W

= 3.9 кВт

• нержавеющая сталь с теплопроводностью 16 Вт / м · К :

U _SS = 1 / (1 / ( 50 Вт / м ² K ) + ( 0,1 мм ) (10 ^-3 м / мм) / ( 16 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м ² K ) )

= 25 Вт / м ² K

Теплопередача

q = ( 25 Вт / м ² K ) ( 2 м ² ) (( 100 ^o C ) — (2 0 ^o C ))

= 4000 Вт

= 4 кВт

• алюминий с теплопроводностью 205 Вт / мK :

U _Al = 1 / (1 / ( 50 Вт / м ² K 90 076) + ( 0.1 мм ) (10 ^-3 м / мм) / ( 205 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м ² K ) )

= 25 Вт / м ² K

Теплопередача

q = ( 25 Вт / м ² K ) ( 2 м ² ) (( 100 ^o C ) — (2 0 ^o C ))

= 4000 Вт

= 4 кВт

• 1 Вт / (м ² К) = 0.85984 ккал / (hm ^{2 o} C) = 0,1761 Btu / (ft ² h ^o F)

Типичные общие коэффициенты теплопередачи

• Газ свободной конвекции — газ свободной конвекции: U = 1-2 Вт / м ² K (стандартное окно, воздух из помещения через стекло)
• Газ со свободной конвекцией — принудительная жидкая (проточная) вода: U = 5-15 Вт / м ² K (типовые радиаторы центрального отопления)
• Свободная конвекция газа — конденсирующийся пар Вода: U = 5-20 Вт / м ² K (типичные паровые радиаторы)
• Принудительная конвекция (проточная) Газ — Свободная конвекция газ: U = 3-10 Вт / м ² K (пароперегреватели)
• Принудительная конвекция (проточный) Газ — Принудительная конвекция Газ: U = 10-30 Вт / м ² K (газы теплообменника)
• Принудительная конвекция (проточный) газ — Принудительная жидкая (проточная) вода: U = 10-50 Вт / м ^{2 9 0021 K (охладители газа)}
• Принудительная конвекция (проточный) Газ — Конденсационный пар Вода: U = 10-50 Вт / м ² K (воздухонагреватели)
• Безжидкостная конвекция — принудительная конвекция Газ: U = 10-50 Вт / м ² K (газовый котел)
• Свободная конвекция жидкости — Свободная конвекция жидкости: U = 25-500 Вт / м ² K (масляная баня для отопления)
• Без жидкости Конвекция — принудительный поток жидкости (вода): U = 50 — 100 Вт / м ² K (нагревательный змеевик в воде в резервуаре, вода без рулевого управления), 500-2000 Вт / м ² K (нагревательный змеевик в резервуаре для воды) , вода с рулевым управлением)
• Конвекция без жидкости — Конденсирующийся пар воды: U = 300 — 1000 Вт / м ² K (паровые рубашки вокруг сосудов с мешалками, вода), 150 — 500 Вт / м ² K (другие жидкости)
• Принудительная жидкость (текущая) вода — газ свободной конвекции: U = 10-40 Вт / м ² K (горючий камера + излучение)
• Принудительная жидкость (текущая) вода — Свободная конвекционная жидкость: U = 500 — 1500 Вт / м ² K (охлаждающий змеевик — перемешиваемый)
• Принудительная жидкость (текущая) вода — Принудительная жидкость (проточная вода): U = 900 — 2500 Вт / м ² K (теплообменник вода / вода)
• Принудительная жидкая (проточная) вода — Конденсирующий пар водяной: U = 1000 — 4000 Вт / м ² K (конденсаторы водяного пара)
• Кипящая жидкая вода — свободный конвекционный газ: U = 10-40 Вт / м ² K (паровой котел + излучение)
• Кипящая жидкая вода — принудительное течение жидкости (вода) : U = 300 — 1000 Вт / м ² K (испарение холодильников или охладителей рассола)
• Кипящая жидкая вода — Конденсирующий пар воды: U = 1500 — 6000 Вт / м ² K (испарители пар / вода)

Преобразователь коэффициента теплопередачи • Термодинамика — Тепло • Определения единиц измерения • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Термодинамика — Тепло

Термодинамика — это раздел физики, связанный с теплом и его связью с другими формами энергии и работы.Он определяет термодинамические переменные (такие как температура, энтропия и давление; они также называются макроскопическими переменными), которые описывают средние свойства материальных тел и излучения, и объясняет, как они связаны и по каким законам они меняются со временем.

Преобразователь коэффициента теплопередачи

В термодинамике, машиностроении и химии коэффициент теплопередачи используется при расчете теплопередачи, обычно за счет конвекции или фазового перехода между жидкостью и твердым телом.Коэффициент теплопередачи определяется как коэффициент пропорциональности между тепловым потоком (то есть тепловым потоком на единицу площади) и термодинамической движущей силой для потока тепла (то есть разностью температур).

Коэффициент теплопередачи выражается в единицах СИ в ваттах на квадратный метр-кельвин: Вт / (м² · K). Коэффициент теплопередачи обратен теплоизоляции.

Использование преобразователя коэффициента теплопередачи Преобразователь

Этот онлайн-преобразователь единиц измерения позволяет быстро и точно преобразовывать многие единицы измерения из одной системы в другую.Страница «Преобразование единиц» предоставляет решение для инженеров, переводчиков и для всех, чья деятельность требует работы с величинами, измеренными в различных единицах.

Вы можете использовать этот онлайн-конвертер для преобразования нескольких сотен единиц (включая метрическую, британскую и американскую) в 76 категорий или нескольких тысяч пар, включая ускорение, площадь, электрическую энергию, энергию, силу, длину, свет, массу, массовый расход, плотность, удельный объем, мощность, давление, напряжение, температура, время, крутящий момент, скорость, вязкость, объем и емкость, объемный расход и многое другое.
Примечание: Целые числа (числа без десятичной точки или показателя степени) считаются точными до 15 цифр, а максимальное количество цифр после десятичной точки равно 10.

В этом калькуляторе нотация E используется для обозначения чисел, которые слишком маленькие или слишком большие. Обозначение E — это альтернативный формат научного представления a · 10 ^x .», то есть « умножить на десять в степени ».Электронная нотация обычно используется в калькуляторах, а также учеными, математиками и инженерами.

Мы прилагаем все усилия, чтобы результаты, представленные конвертерами и калькуляторами TranslatorsCafe.com, были правильными. Однако мы не гарантируем, что наши конвертеры и калькуляторы не содержат ошибок. Весь контент предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия и положения.

Если вы заметили ошибку в тексте или расчетах, или вам нужен другой конвертер, которого вы здесь не нашли, сообщите нам об этом!

TranslatorsCafe.com Конвертер единиц YouTube канал

Коэффициент теплопередачи — wikidoc

Коэффициент теплопередачи в термодинамике, машиностроении и химической инженерии используется при расчете теплопередачи, обычно путем конвекции или фазового перехода между жидкостью и твердым телом:

ΔQ = h⋅A⋅ΔT⋅Δt {\ displaystyle \ Delta Q = h \ cdot A \ cdot \ Delta T \ cdot \ Delta t}

где

ΔQ = тепловложение или потеря тепла, Дж

ч = общий коэффициент теплопередачи, Вт / (м ² K)

A = площадь поверхности теплообмена, м ²

ΔT {\ displaystyle \ Delta T} = разница температур между твердой поверхностью и окружающей жидкостью областью, K

Δt {\ displaystyle \ Delta t} = период времени, с

Из приведенного выше уравнения коэффициент теплопередачи — это коэффициент пропорциональности между тепловым потоком Q / ( AΔt ) и термодинамической движущей силой. для потока тепла (т.е., перепад температур, ΔT ).

Коэффициент теплопередачи выражается в единицах СИ в ваттах на квадратный кельвин (Вт / (м ² K)).

Коэффициент теплопередачи можно рассматривать как инверсию теплового сопротивления.

Существует множество корреляций для расчета коэффициента теплопередачи в разных режимах теплопередачи, разных жидкостях, режимах потока и в разных теплогидравлических условиях. Часто это можно оценить, разделив теплопроводность конвекционной жидкости на масштаб длины.Коэффициент теплопередачи часто рассчитывается по числу Нуссельта (безразмерное число).

Корреляция Диттуса – Боелтера (вынужденная конвекция)

Распространенной и особенно простой корреляцией, полезной для многих приложений, является корреляция теплопередачи Диттуса – Боелтера для жидкостей в турбулентном потоке. Это соотношение применимо, когда принудительная конвекция является единственным способом теплопередачи; т.е. нет кипения, конденсации, значительного излучения и т. д. Ожидается, что точность этой корреляции будет +/- 15%.

Для жидкости, текущей по прямой круглой трубе с числом Рейнольдса от 10 000 до 120 000 (в диапазоне турбулентного потока в трубе), когда число Прандтля жидкости составляет от 0,7 до 120, для местоположения, удаленного от входа в трубу ( более 10 диаметров трубы; более 50 диаметров по мнению многих авторов ( ^[1] ) или другие возмущения потока, а когда поверхность трубы гидравлически гладкая, коэффициент теплопередачи может быть выражен как:

h = kwDHNu {\ displaystyle h = {{k_ {w}} \ over {D_ {H}}} Nu}

где

квт {\ displaystyle k_ {w}} = теплопроводность воды

DH {\ displaystyle D_ {H}} = Гидравлический диаметр

Nu = число Нуссельта

= 0.{n}} => Корреляция Диттуса-Боелтера

Pr = число Прандтля = Cp⋅μkw {\ displaystyle {C_ {p} \ cdot \ mu} \ over {k_ {w}}}

Re = число Рейнольдса = m˙⋅DHμ⋅A {\ displaystyle {{\ dot {m}} \ cdot D_ {H}} \ over {\ mu \ cdot A}}

м˙ {\ displaystyle {\ dot {m}}} = массовый расход

μ = вязкость жидкости

C _p = теплоемкость при постоянном давлении

A = проходное сечение

n = 0.4 для нагрева (стенки горячее, чем объем жидкости) и 0,3 для охлаждения (стенки холоднее, чем объем жидкости) ^[2] .

Свойства жидкости, необходимые для применения этого уравнения, оцениваются при объемной температуре, что позволяет избежать итераций.

Корреляция Тома

Существуют простые зависимости коэффициента теплопередачи при кипении для конкретных жидкостей. Корреляция Тома предназначена для проточного кипения воды (переохлажденной или насыщенной при давлениях примерно до 20 МПа) в условиях, когда вклад пузырькового кипения преобладает над принудительной конвекцией.{0,5} \ exp (-P / 8,7)}

где:

ΔTsat {\ displaystyle \ Delta T_ {sat}} — превышение температуры стенки над температурой насыщения, K

q — тепловой поток, МВт / м ²

P — давление воды, МПа

Обратите внимание, что эта эмпирическая корреляция специфична для указанных единиц.

Коэффициент теплопередачи стенки трубы

Сопротивление потоку тепла материала стенки трубы можно выразить как «коэффициент теплопередачи стенки трубы».Однако необходимо выбрать, основывается ли тепловой поток на внутреннем или внешнем диаметре трубы.

Если выбрать основу для теплового потока на внутреннем диаметре трубы и предположить, что толщина стенки трубы мала по сравнению с внутренним диаметром трубы, то коэффициент теплопередачи для стенки трубы можно рассчитать, как если бы стенка не была изогнутой. :

hwall = kt {\ displaystyle h_ {wall} = {k \ over t}}

где k — эффективная теплопроводность материала стены, а t — толщина стенки.

Если вышеприведенное предположение не выполняется, то коэффициент теплопередачи стенок можно рассчитать, используя следующее выражение:

hwall = 2kdiln⁡ (do / di) {\ displaystyle h_ {wall} = {2k \ over {d_ {i} \ ln (d_ {o} / d_ {i})}}}

где d _i и d _o — внутренний и внешний диаметры трубы соответственно.

Теплопроводность материала трубки обычно зависит от температуры; часто используется средняя теплопроводность.

Объединение коэффициентов теплопередачи

Для двух или более процессов теплопередачи, действующих параллельно, коэффициенты теплопередачи просто добавляют:

h = h2 + h3 +… {\ displaystyle h = h_ {1} + h_ {2} + \ dots}

Для двух или более процессов теплопередачи, соединенных последовательно, коэффициенты теплопередачи складываются обратно пропорционально. Это означает, что общий коэффициент теплопередачи представляет собой среднее гармоническое значение парциальных коэффициентов теплопередачи:

1h = 1h2 + 1h3 +… {\ displaystyle {1 \ over h} = {1 \ over h_ {1}} + {1 \ over h_ {2}} + \ dots}

Например, рассмотрим трубу с жидкостью, протекающей внутри.Скорость теплопередачи между основной массой жидкости внутри трубы и внешней поверхностью трубы составляет:

Q = (11h + tk) ⋅A⋅ΔT {\ displaystyle Q = \ left ({1 \ over {{1 \ over h} + {t \ over k}}} \ right) \ cdot A \ cdot \ Дельта T}

где

Q = скорость теплопередачи (Вт)

ч = коэффициент теплопередачи (Вт / м ² .K)

т = толщина стенки (м)

k = теплопроводность стены (Вт / м.К)

A = площадь (м ² )

ΔT {\ displaystyle \ Delta T} = разница температур.

Общий коэффициент теплопередачи

Общий коэффициент теплопередачи , U является обратной величиной общего теплового сопротивления через теплообменник. Он используется для определения общей теплопередачи между двумя потоками в теплообменнике по следующей зависимости:

Q = U⋅A⋅ΔT {\ displaystyle Q = U \ cdot A \ cdot \ Delta T}

где

Q = скорость теплопередачи (Вт)

U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / м ² .К)

A = площадь (м ² )

ΔT = средняя логарифмическая разница температур (K)

Общий коэффициент теплопередачи учитывает индивидуальные коэффициенты теплопередачи каждого потока и сопротивление материала трубы.

1UA = Σ1hA + ΣR {\ displaystyle {\ frac {1} {UA}} = \ Sigma {\ frac {1} {hA}} + \ Sigma R}

где

R = Сопротивление тепловому потоку в стенке трубы (К / Вт)

Остальные параметры такие же, как указано выше. ^[4]

Коэффициент теплопередачи — это тепло, передаваемое на единицу площади на Кельвин. Таким образом, Площадь включена в уравнение, поскольку представляет собой площадь, на которой происходит передача тепла. Площади для каждого потока будут разными, поскольку они представляют площадь контакта для каждой стороны жидкости.

Тепловое сопротивление , обусловленное стенкой трубы, рассчитывается по следующей формуле:

R = х / кА

где

x = Толщина стены (м)

k = теплопроводность материала (Вт / мк)

A = Общая площадь теплообменника (м ²

) Представляет теплопередачу за счет теплопроводности в трубе.

Теплопроводность является характеристикой конкретного материала.

Вот некоторые типичные значения номинальной проводимости:

— Полипропилен — k = 0,12 Вт / мк

— Нержавеющая сталь — k = 21 Вт / мк ^[5]

Как упоминалось ранее в статье, коэффициент конвективной теплопередачи для каждого потока зависит от типа жидкости, свойств потока и температурных свойств.

Некоторые типичные коэффициенты теплопередачи включают:

— Воздух — h = от 10 до 100 Вт / м ² K

— Вода — h = от 500 до 10 000 Вт / м ² K

Сопротивление засорению

Поверхностные покрытия, известные как загрязнения, могут накапливаться в теплообменниках, что увеличивает тепловое сопротивление стенкам и снижает общий коэффициент теплопередачи.Загрязнение также увеличивает расходы на перекачку. Сопротивление из-за загрязнения находится путем сравнения расчетов общего коэффициента теплопередачи по лабораторным данным с расчетами, основанными на предсказанных теоретических корреляциях. Используются следующие отношения:

1 / Uэксп = 1 / Upre + Rf

где,

Uexp = Общий коэффициент теплопередачи на основе экспериментальных данных (Вт / м ² K)

Upre = Общий коэффициент теплопередачи на основе прогнозируемых данных (Вт / м ² K)

Rf = Сопротивление засорению (м ² Вт.K)

Ссылки

1. ↑ С.С.Кутателадзе, В.М. Боришанский, «Краткая энциклопедия теплопередачи», Pergamon Press, 1966.
2. ↑ F.Kreith (редактор), «The CRC Handbook of Thermal Engineering», CRC Press, 2000.
3. ↑ W.Rohsenow, J.Hartnet, Y.Cho, «Handbook of Heat Transfer», 3-е издание, McGraw-Hill, 1998.
4. ↑ Коулсон и Ричардсон, «Химическая инженерия», том 1, Elsevier, 2000
5. ↑ Engineering ToolBox, www.EngineeringToolBox.com, 2005 г.

См. Также

Внешние ссылки

de: Wärmeübergangskoeffizient

Шаблон: WH
Шаблон: WS

Коэффициент конвективной теплопередачи — обзор

Оцените температуру воздуха на выходе и эффективность коллектора, показанного на рис. 3.30, для следующих характеристик коллектора:

Solution

Здесь нам нужно начать с принятия значений для T _p и T _b . Для экономии времени подобраны правильные значения; но в реальной ситуации решение нужно искать путем итераций.Предполагаемые значения: T _p = 340 K и T _b = 334 K (они должны быть в пределах 10 K). По этим двум температурам можно определить среднюю температуру воздуха:

4 (Tm, воздух) 3 = (Tp + Tb) (Tp2 + Tb2)

, откуда

Tm, воздух = (Tp + Tb) (Tp2 + Tb2) 43 = (340 + 334) (3402 + 3342) 43 = 337 K

Коэффициент теплопередачи излучения от поглотителя к задней пластине равен

час, p-g2 = σ ( Tp + Tb) (Tp2 + Tb2) (1 / ɛp) + (1 / ɛb) -1 = (5.67 × 10-8) (340 + 334) (3402 + 3342) (1 / 0,92) + (1 / 0,92) -1 = 7,395 Вт / м2-К

От T _{м , воздух} , следующие свойства воздуха можно получить из Приложения 5:

μ = 2,051 × 10-5 кг / м-ск = 0,029 Вт / м-Kcp = 1008 Дж / кг-K

Из гидродинамики гидравлический диаметр воздушный канал имеет вид

D = 4 (Площадь поперечного сечения потока, увлажненный периметр) = 4 (Ws2W) = 2s = 2 × 0,015 = 0,03

Число Рейнольдса равно

Re = ρVDμ = m˙DAμ = 0.06 × 0,03 (1,2 × 0,015) × 2,051 × 10-5 = 4875,5

Следовательно, поток является турбулентным, для которого применимо следующее уравнение: Nu = 0,0158 (Re) ^0,8 . Поскольку Nu = ( h _c D ) / k , коэффициент конвективной теплопередачи определяется как

hc, pa = hc, ba = (kD) 0,0158 (Re) 0,8 = (0,0290,03) 0,0158. (4875,5) 0,8 = 13,625 Вт / м2-К

Из уравнения. (3,69),

h = hc, p-a + 1 (1 / hc, ba) + (1 / hr, pb) = 13,625 + 1 (1 / 13,625) + (1 / 7,395) = 18,4 Вт / м2-К

Из ур.(3,72),

F ′ = hh + UL = 18,418,4 + 6,5 = 0,739

Поглощенное солнечное излучение составляет

S = Gt (τα) = 890 × 0,9 = 801 Вт / м2

Из уравнения. (3,74),

To = Ti + 1UL [S-UL (Ti-Ta)] [1-exp (-AcULF′m˙cp)] = 323+ (16,5) [801-6,5 (323-288)] [1-exp (- (1,2 × 4) × 6,5 × 0,7390,06 × 1007)] = 351 K

Следовательно, средняя температура воздуха составляет ½ (351 + 323) = 337 K, что равно значению предполагалось раньше. Если есть разница в двух средних значениях, требуется итерация. Для такого рода задач требуется всего одна итерация, чтобы найти правильное решение с использованием предполагаемых значений, которые дают новую среднюю температуру.

Из уравнения. (3,58),

FR = m˙cpAcUL {1-exp [-ULF’Acm˙cp]} = 0,06 × 1008 (1,2 × 4) × 6,5 {1-exp [-6,5 × 0,739 × (1,2 × 4) 0,06 × 1008]} = 0,614

Из уравнения. (3,76),

Qu = AcFR [S-UL (Ti-Ta)] = (1,2 × 4) × 0,614 [801-6,5 (323-288)] = 1690 Вт

Наконец, эффективность коллектора составляет

η = QuAcGt = 1690 (1,2 × 4) × 890 = 0,396

Какая связь между коэффициентом конвективной теплопередачи? — Mvorganizing.org

Какая связь между коэффициентом конвективной теплопередачи?

Коэффициент конвективной теплопередачи h можно определить как: Скорость теплопередачи между твердой поверхностью и жидкостью на единицу площади поверхности на единицу разницы температур.Коэффициент конвективной теплопередачи зависит от физических свойств жидкости и физической ситуации.

Что такое коэффициент конвективной теплоотдачи?

Используется при расчете теплопередачи, обычно за счет конвекции или фазового перехода между жидкостью и твердым телом. Коэффициент теплопередачи выражается в единицах СИ в ваттах на квадратный метр в кельвинах: Вт / (м2 · К). Коэффициент теплопередачи является обратной величиной теплоизоляции.

Чем коэффициент конвективной теплопередачи отличается от теплопроводности жидкости?

Скорость теплопередачи выше при конвекции из-за движения жидкости.Значение коэффициента конвективной теплопередачи зависит от движения жидкости, а также от свойств жидкости. Теплопроводность — свойство жидкости, и ее величина не зависит от расхода.

Что из перечисленного снижает сопротивление теплового контакта?

17-44C Сопротивление теплового контакта можно минимизировать путем (1) нанесения теплопроводящей жидкости на поверхности до того, как они будут прижаты друг к другу, (2) путем замены воздуха на границе раздела более проводящим газом, таким как гелий или водород. , (3) увеличивая межфазное давление, и (4) вставляя…

Что вы подразумеваете под контактным сопротивлением?

Из Википедии, бесплатной энциклопедии.Термин «контактное сопротивление» относится к вкладу в общее сопротивление системы, которое можно отнести к интерфейсам контакта электрических выводов и соединений, а не к собственному сопротивлению.

Как контактное сопротивление влияет на теплопередачу?

Считается, что это явление является результатом теплового контактного сопротивления, существующего между контактирующими поверхностями. Сопротивление теплового контакта определяется как отношение между этим перепадом температуры и средним тепловым потоком через границу раздела.

Что такое контактное сопротивление Какие факторы влияют на контактное сопротивление?

Некоторыми дополнительными факторами, которые могут повлиять на сопротивление контакта, являются направление теплового потока, поверхностные царапины или трещины, неравномерная нагрузка, которая вызывает неравномерное контактное давление, относительное движение или скольжение между поверхностями, а также наличие оксидов или загрязнений на контактирующих поверхностях. .

Какие три режима теплопередачи?

Тепловые потоки проходят через перепады температур.Есть три режима теплопередачи: теплопроводность, излучение и конвекция. Проводимость и излучение являются фундаментальными физическими механизмами, в то время как конвекция на самом деле является проводимостью, на которую влияет поток жидкости.

Какие свойства имеют тенденцию к снижению теплопроводности?

Теплопроводность жидкостей уменьшается с увеличением молярной массы при данной температуре.

Что имеет наименьшую теплопроводность?

sio2 аэрогель

Зависит ли теплопроводность от толщины?

На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации; температура также влияет на общую величину.Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и увеличивается теплопроводность. Эта увеличенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением.

Что такое значение K для теплопроводности?

Значение K — это просто сокращение теплопроводности. Теплопроводность, n: скорость установившегося теплового потока через единицу площади однородного материала, вызванного единичным градиентом температуры в направлении, перпендикулярном этой единице площади.

Что такое теплопроводность и ее единица?

В Международной системе единиц (СИ) теплопроводность измеряется в ваттах на метр-кельвин (Вт / (м⋅K)). В некоторых документах указывается в ваттах на сантиметр-кельвин (Вт / (см⋅К)). В имперских единицах теплопроводность измеряется в БТЕ / (h⋅ft⋅ ° F).

Что такое единица измерения термического сопротивления в системе СИ?

кельвина на ватт

Простыми словами, что такое теплопроводность?

Под теплопроводностью понимается способность данного материала проводить / передавать тепло.Обычно он обозначается символом «k», но может также обозначаться «λ» и «κ». Величина, обратная этой величине, называется удельным тепловым сопротивлением.

Что такое Q?

Ученые определяют тепло как тепловую энергию, передаваемую между двумя соприкасающимися системами при разных температурах. Тепло обозначается символом q или Q и измеряется в джоулях (начальный текст, J, конечный текст).

Какая единица заряда Q?

кулон

Почему Q используется для нагрева?

Использование символа Q для обозначения общего количества энергии, переданной в виде тепла, было принято Рудольфом Клаузиусом в 1850 году: «Пусть количество тепла, которое должно быть передано во время перехода газа определенным образом из одного данного состояния в другое, в котором его объем равен v, а температура t, называться Q ».

Что означает Q MC Delta t?

тепловая энергия

Какая была первоначальная единица измерения тепла?

БТЕ

Как рассчитать тепловыделение в ваттах?

Чтобы рассчитать тепловыделение, умножьте ватт на 3,4192. Результат будет выражен в БТЕ / час.

Сколько БТЕ в 1000 Вт?

Сколько БТЕ составляет 1500 Вт?

Стандартный обогреватель вырабатывает приблизительно 5100 БТЕ или 1500 Вт. Это означает, что обогревателя стандартного размера более чем достаточно для комнаты площадью 144 квадратных фута.Но прежде чем вы решите, какой размер обогревателя вам нужен для вашего дома или офиса, примите во внимание эти факторы.

Как рассчитать рассеиваемую мощность?

Чтобы это выяснить, нам необходимо рассчитать мощность, рассеиваемую резистором. Если ток I протекает через данный элемент в вашей цепи, теряя при этом напряжение V, то мощность, рассеиваемая этим элементом схемы, является произведением этого тока и напряжения: P = I × V.

HTPage4

Влияние конвекционной теплопередачи на накопитель тепловой энергии

Скрытое накопление тепла представляет собой многообещающий метод для достижения нулевого энергопотребления в зданиях.В этой работе исследуется поведение материала с фазовым переходом (PCM) внутри прямоугольного корпуса, который представляет собой геометрию системы аккумулирования скрытой теплоты. Левая сторона блока подвергается воздействию постоянной температуры ( T _h ), в то время как три другие стенки подвергаются граничному условию конвективной теплопередачи [ h = 5, 10 и 15 Вт / (м ^{). 2} K)] и различных температур окружающей среды ( T _∞ = 297 ^◦ и 307 ^◦ K).Температура окружающей среды была выбрана равной или превышающей температуру плавления исследуемого ПКМ (кокосового масла). Для исследования процесса плавления ПКМ были использованы уравнения сплошности, Навье-Стокса и энергии. Уравнения Навье-Стокса были модифицированы с использованием соотношения Кармана-Козени. Для получения численных результатов использовался метод конечных элементов. Результаты представлены в виде полей потока и тепловых полей, числа Нуссельта ( Nu ) и фракции расплава ( MF ) ПКМ.Результаты показывают, что при T _∞ = T _м скорость плавления ПКМ замедляется с увеличением коэффициента конвективной теплопередачи. При этом скорость плавления увеличивается с увеличением коэффициента конвективной теплопередачи, когда T _∞ > T _м .

Номенклатура

A (T) Параметр определяется в формуле. (6)

B (T) Параметр определяется в формуле.(7)

C Произвольная константа в уравнении. (6)

c _p Удельная теплоемкость при постоянном давлении (Дж / (кг · К))

D Положение границы раздела плавления от левой стенки (м)

D (T ) Функция Гаусса

g Ускорение свободного падения (м / с ² )

h Конвекционная теплопередача (Вт / (м ² K))

h _f Скрытая теплота плавления (Дж / кг)

k Теплопроводность (Вт / (м K))

L Высота кожуха (м)

MF

Фракция расплава

Nu Среднее число Нуссельта

p Давление (Па)

q Произвольная константа в уравнении.(6)

T Температура (K)

ΔT Диапазон температуры плавления PCM (K)

t Время (с)

u Составляющая скорости жидкости PCM в направлении x (м / с)

v Составляющая скорости жидкого PCM в направлении y (м / с)

x Горизонтальная координата (м)

y Вертикальная координата (м)

Греческие символы

β Коэффициент объемного теплового расширения (1 / K)

μ Динамическая вязкость (Па · с)

ρ Плотность (кг / м ³ )

∞ Окружающая среда

Индексы

ч Горячий

л Жидкий

м Таяние 07 s Solid

1 Введение

Обычные источники энергии в настоящее время сокращаются из-за растущей потребности в энергии.Например, значительное количество энергии требуется только для отопления. По данным Министерства природных ресурсов Канады, 63% энергии используется для обогрева помещений и 19% для нагрева воды [1]. Кроме того, именно эти же источники выбросов CO ₂ многие считают основной причиной глобального потепления. В результате ученые усердно работают над способами уменьшения зависимости от этих ресурсов путем поиска более чистых и возобновляемых источников энергии.

Для большинства альтернативных источников энергии потребуется накопитель тепловой энергии в той или иной форме.Скрытое аккумулирование тепла представляет собой многообещающий метод достижения нулевого энергопотребления в зданиях [2].

Джоулен и др. . [3] численно исследовали тепловое поведение ПКМ, установленного внутри солнечных пассивных стен. Исследование включало 1-D и 2-D анализы для различных соотношений сторон. Вертикальные стены обогревались дифференцированно, а горизонтальные стены изолированы. Авторы сообщили, что проводимость преобладает на ранней стадии процесса плавления, тогда как конвекция играет все более важную роль на протяжении всего процесса плавления.

Мбай и Билген [4] выполнили численное исследование для изучения влияния теплового потока и соотношения сторон корпуса на процесс плавления ПКМ. Вертикальные стенки корпуса подвергались постоянному тепловому потоку и постоянной температуре. Авторы обнаружили, что соотношение теплового потока, входящего и выходящего из камеры, не зависит от соотношения сторон в начале процесса плавления; по мере продолжения плавления коэффициент теплового потока увеличивается с увеличением аспектного отношения.Кроме того, они обнаружили, что процесс плавления ускоряется с уменьшением аспектного отношения.

Плавление ПКМ внутри высокого корпуса, который подвергается постоянному тепловому потоку с одной вертикальной стороны, было численно и экспериментально исследовано Пала и Джоши [5]. Авторы обнаружили, что в начале процесса плавления преобладает проводимость; после этого конвекция играет значительную роль в процессе плавления. На заключительной стадии процесса плавления ощутимый нагрев играет роль в аккумулировании тепла и увеличивает температуру PCM.

Alawadhi [6] численно исследовал влияние PCM на снижение притока тепла. Цилиндры с ПКМ закреплялись внутри крыши. Изучены тип, количество и расположение ПКМ внутри кирпича. Было применено граничное условие конвекции над и под крышей. Авторы обнаружили, что использование и размещение ПКМ в центре кирпича резко снижает приток тепла.

Основная цель данной статьи — изучить влияние условий конвективного теплообмена на плавление ПКМ.PCM заполняет квадратный корпус. Левая стенка корпуса изотермически нагревается, в то время как верхняя, правая и нижняя стенки подвергаются граничному условию конвекции.

2 Физико-математические модели

Систему накопления энергии можно представить в виде двухмерного шкафа. Принципиальная схема системы корпуса показана на рисунке 1. Изначально массивный модуль PCM занимает корпус. Предполагается, что начальная температура ПКМ равна его температуре плавления.В левой вертикальной стенке корпуса поддерживается постоянная температура ( T _h ), которая выше температуры плавления ( T _m ) ПКМ. Остальные три стенки применяются к граничному условию конвекции. Применяются следующие допущения: жидкая фаза ПКМ является ньютоновской и несжимаемой жидкостью, все теплофизические свойства ПКМ предполагаются постоянными, в члене силы плавучести используется модель Буссинеска. Кроме того, в уравнениях энергии не учитываются внутреннее тепловыделение и эффект вязкой диссипации и предполагается ламинарное движение жидкости.

Рисунок 1

Схематическое изображение (а) системы аккумулирования тепла (б) физической модели накопителя тепла

Уравнения сохранения массы (непрерывности), количества движения и энергии (в жидкой и твердой областях) используются для моделирования полного потока и тепловых полей, как показано ниже [3, 7].

(1) ∂ρl∂t + ∂ρlu∂x + ∂ρlv∂y = 0

(2) ∂u∂t + u∂u∂x + v∂u∂y = 1ρl − ∂p∂x + μ∂ 2u∂x2 + ∂2u∂y2 − A (T) u

(3) ∂v∂t + u∂v∂x + v∂v∂y = 1ρl − ∂p∂y + μ∂2v∂x2 + ∂2v∂ y2 + gρβT − Tm − A (T) v

(4) ∂T∂t + u∂T∂x + v∂T∂y = kl (ρcp) l∂2T∂x2 + ∂2T∂y2

(5 ) ∂T∂t = ks (ρcp) s∂2T∂x2 + ∂2T∂y2.

В приведенных выше уравнениях ρ _l — это плотность жидкого ПКМ, t — время, u и v — компоненты скорости жидкого ПКМ в x и y — направления, p — давление, μ — динамическая вязкость PCM, g — сила тяжести, β — коэффициент теплового расширения жидкого PCM, T — температура, T _m — температура плавления PCM, k _l — теплопроводность жидкого PCM, c _pl — удельная теплоемкость жидкого PCM при постоянном давлении, k _s — теплопроводность твердого ПКМ, ρ _s — плотность твердого ПКМ и c _ps — удельная теплоемкость твердого ПКМ при постоянном давлении.

В уравнениях импульса Ур. (2) и (3) соотношение Козени-Кармана используется для моделирования потока внутри интерфейса. Параметр A (T) в уравнениях. (2) и (3) определены для достижения постепенного снижения скоростей жидкого PCM от конечного значения в жидкой зоне до нуля в твердой зоне. Для реализации соотношения Козени-Кармана параметр A (T) определяется как [8]

(6) A (T) = C (1 − B (T)) 2 (B (T) 3 + q)

, где C и q — произвольные константы со значением 10 ⁵ и 10 ⁻³ соответственно. B (T) можно определить как [8]

(7) B (T) = 0, T <(Tm − ΔT) T − Tm + ΔT2ΔT, (Tm − ΔT) (Tm + ΔT)

, где ΔT — диапазон температур, в котором происходит процесс плавления. Если PCM представляет собой чистый материал, ΔT равно нулю, а мягкая зона является тонкой. С другой стороны, если PCM является нечистым материалом, ΔT больше нуля, а мягкая зона шире, чем у чистого материала.

B (T) равно нулю, когда температура ниже T _m , а единица, когда температура выше T _m .Уравнения (6) и (7) могут использоваться для расчета теплофизических свойств ПКМ следующим образом [8]

(8) ρ (T) = ρs + (ρl − ρs) B (T)

(9) k (T) = ks + (kl − ks) B (T)

(10) cp (T) = cps + (cpl − cps) B (T) + hfD (T)

(11) μ (T) = мкл (1 + A (T)).

s и l обозначают твердую и жидкую фазы PCM, соответственно, а h _f — скрытая теплота плавления PCM. D ( T ), которая является функцией Гаусса, используется для определения скрытой теплоты в диапазоне температур ΔT . D ( T ) можно рассчитать из [8]

(12) D (T) = e − T (T − Tm) 2ΔT2πΔT2

Граничные и начальные условия теплового накопителя можно записать как :

(13) нижняя горизонтальная стена: −k∂Tx, 0, t∂y = hTx, 0, t − T∞, u = v = 0, верхняя горизонтальная стена, −k∂Tx, L, t∂y = hTx, L , t − T∞, u = v = 0, правая стенка: −k∂Tx, L, t∂y = hTL, y, t − T∞, u = v = 0, левая стена: T (0, y, t) = Th, u = v = 0, условие интерфейса: T (D, y, t) = Tm, ρhf∂D∂t = −k∂TD, y, t∂x − ∂D∂y∂TD, y, t∂ y, начальное условие: T (x, y, 0) = Tm, u = v = 0.

, где h — коэффициент конвективной теплопередачи, T _∞ — температура окружающей среды, L — высота агрегата, а D — положение границы раздела плавления, начиная с левой стенки. .

Усредненное число Нуссельта рассчитывается по [9]

(14) Nu = 1ΔT∫0L − ∂T∂xx = 0dy

3 Численная процедура

Основные уравнения, уравнения. (1-5), где граничные и начальные условия решаются численно методом конечных элементов. Для этого была построена численная схема с использованием коммерческого программного обеспечения COMSOL 4.3b. Чтобы избежать зависимости результатов от размера ячейки, проводится тщательное обследование. Были протестированы элементы четырех размеров: 2522 (мелкий), 6580 (более мелкий), 16986 (сверхтонкий) и 26544 (очень мелкий), как показано на рисунке 2.Тест на независимость проводится для случая при ч = 10 Вт / (м ² K) и T _∞ = 297 ^◦ K. Между четырьмя случаями наблюдаются незначительные различия. Однако для элементов с меньшими номерами, 2522, решение обнаруживает небольшое колебание. Два случая с более высокими номерами, 16986 и 26544, требуют больше времени для завершения решения. В результате в настоящей работе выбрано более тонкое сетчатое соединение из 6580 элементов. Предлагаемая численная схема дискретизации состоит из 5964 треугольных элементов и 616 четырехугольных элементов.Шаг по времени 10 с. Моделирование прерывается, когда относительный допуск меньше 10 ⁻³ для уравнений неразрывности, импульса и энергии.

Рисунок 2

Тест на независимость сетки при ч = 10 Вт / (м ² K) и T _∞ = 307 ^◦ K

4 Результаты и обсуждение

В настоящей работе , проведено численное исследование влияния условий конвективного теплообмена на процесс плавления ПКМ.По отдельности исследовали влияние коэффициента конвективной теплопередачи и температуры окружающей среды. Соотношение Кармана-Козени использовалось для моделирования границы раздела жидкость-твердое тело. Кокосовое масло было выбрано в качестве PCM, поскольку его температура плавления близка к комфортному диапазону температур для жилых помещений в секторе кондиционирования воздуха: 293,5 ^◦ — 296,5 ^◦ K (20,5 ^◦ — 23,5 ^◦ C). [10]. Теплофизические свойства кокосового масла приведены в таблице 1.

Таблица 1

Теплофизические свойства кокосового масла

Для подтверждения возможностей построенной модели была проведена валидация. Настоящая модель была подтверждена путем сравнения эволюции границы раздела жидкость-твердое тело, полученной с помощью этой модели, с экспериментальными результатами Гау и Висканта [11].Как показано на рисунке 3, было достигнуто хорошее согласие. Незначительные расхождения могли быть результатом теоретических предположений.

Рисунок 3

Сравнение положения границы раздела во время плавления галлия между Гау и Вискантой [11] и настоящим исследованием

На рисунке 4 показано влияние коэффициента конвективной теплопередачи на поток и тепловые поля в 1500 с, когда T _∞ = T _м = 297 ^◦ K, рисунок 4 (a) и T _∞ > T _м = 307 ^◦ K, рисунок 4 (b ).Исследованные коэффициенты конвективной теплоотдачи составили [ ч = 5, 10 и 15 Вт / (м ² K)]. Стрелки на рисунке 4 представляют поле потока, а счетчики представляют тепловое поле, где синяя область — твердый PCM, а цветная область — жидкий PCM. По мере того как ПКМ, прилегающий к горячим стенкам, нагревается и плавится, он становится легче из-за низкой плотности. Расплавленный ПКМ с относительно низкой плотностью поднимается вдоль горячей стенки с помощью выталкивающей силы, а затем направляется вправо.Непроницаемость верхней стенки заставляет расплавленный ПКМ перемещаться к границе раздела жидкость-твердое тело, передавая вместе с собой тепловую энергию. Когда теплый расплавленный PCM попадает на холодную поверхность раздела жидкость-твердое тело, он передает тепловую энергию твердому PCM. В результате жидкий ПКМ становится менее теплым, а его плотность увеличивается. Увеличение плотности ПКМ приводит к опусканию расплавленного ПКМ вдоль границы раздела жидкость-твердое тело. Протекая по границе раздела жидкость-твердое тело, расплавленный ПКМ продолжает передавать тепловую энергию границе раздела жидкость-твердое тело [12].Однако количество переданной тепловой энергии к границе раздела жидкость-твердое тело от расплавленного ПКМ уменьшается вдоль границы раздела жидкость-твердое тело. Неравномерная теплопередача приводит к большему количеству расплавленного ПКМ в верхней части блока. Значение коэффициента конвективной теплопередачи и температура окружающей среды играют значительную роль в скорости процесса плавления и форме твердого ПКМ на протяжении всего процесса плавления. Для тех же ч , когда T _∞ = 297 ^◦ K (= T _м ), рисунок 4 (а), процесс плавления начинается исключительно с левой стенки.Однако, когда T _∞ = 307 ^◦ K (> T _м ), рисунок 4 (b), процесс плавления начинается с левой, верхней и правой стенок. Хотя устройство также подвергалось воздействию температуры окружающей среды снизу, воздействие на нижнюю стенку было незначительным. Высокие температуры боковых и верхних стенок способствуют началу плавления ПКМ с верхней и правой стенок, помимо плавления из-за нагрева от левой стенки.При изменении ч скорость плавления ПКМ отличается в соответствии с T _∞ . Когда T _∞ равно T _м , скорость рассеивания тепла от блока в окружающую среду увеличивается с увеличением h . В результате скорость плавления уменьшается с увеличением ч , как показано на рисунке 4 (а). Левая стенка блока нагревается до температуры выше температуры плавления ПКМ. Когда ПКМ плавится, температура расплавленного ПКМ становится выше, чем температура плавления.В том случае, когда T _∞ равно T _м , происходит потеря тепла от термоклея PCM в окружающую среду. Потери тепла увеличиваются при увеличении h, что впоследствии снижает скорость плавления. На рис. 4 (б) показано ускорение процесса плавления при увеличении ч при условии T _∞ выше, чем T _м . При этом скорость нагрева ПКМ от окружающей среды увеличивается за счет увеличения ч .Когда температура окружающей среды T _∞ выше, чем T _m , окружающая среда становится источником тепла для плавления твердого PCM. Чем выше T _∞ , плавление ускоряется [13]. Кроме того, по мере увеличения ч тепло быстрее передается от окружающей среды к устройству, и, следовательно, PCM быстрее плавится.

Рисунок 4

Поток (стрелки) и тепловые поля (контуры) для различных коэффициентов конвективной теплопередачи ( ч = 5, 10 и 15 Вт / (м ² K)) при 1500 с (а) T _∞ = 297 ^◦ K, (б) T _∞ (= 307 ^◦ K)> T _м

Влияние коэффициента конвективной теплопередачи h и температура окружающей среды T _м на Nu , вдоль левой стенки агрегата, показана на Рисунке 5.Как только начинается плавление, образуется тонкий слой жидкого ПКМ, и проводимость становится доминирующим режимом теплопередачи. На этой стадии процесса плавления преобладает проводимость, потому что сила вязкости преодолевает силу плавучести из-за скудного жидкого слоя ПКМ [14]. На этом этапе теплопередача уменьшается со временем из-за повышения температуры жидкости, окружающей его вдоль левой стенки. Затем Nu возникает, когда слой жидкого ПКМ становится шире, и сила вязкости уменьшается, а сила плавучести увеличивается.По мере нагревания температура жидкого ПКМ увеличивается, что приводит к падению скорости конвекционной теплопередачи, и в результате Nu уменьшается. Рисунок 5 показывает, что в начале процесса плавления как h , так и T _∞ оказывают незначительное влияние на Nu . После этого наблюдается положительный эффект увеличения h на улучшение Nu для обоих значений T _∞ . Аналогичное улучшение в Nu достигается при увеличении T _∞ для всех исследованных значений h .

Рисунок 5

Влияние коэффициента конвективной теплопередачи и температуры окружающей среды на Nu

На рисунке 6 показано влияние коэффициента конвекционной теплопередачи ч и температуры окружающей среды T _∞ на долю расплава ПКМ, МФ . ПКМ плавится быстрее на ранних стадиях процесса плавления из-за большой разницы температур между горячими стенками и расплавленным ПКМ, прилегающим к горячим стенкам [15].Однако скорость плавления снижается со временем по мере увеличения температуры жидкого PCM, что снижает скорость передачи тепла к устройству. Когда T _∞ равно T _м , уменьшение ч помогает PCM плавиться быстрее. Где при уменьшении ч снижаются тепловые потери от агрегата. При увеличении ч , в случае T _∞ выше T _м , скорость теплопередачи к агрегату увеличивается.В результате скорость плавления увеличивается.

Рисунок 6

Влияние коэффициента конвективной теплопередачи и температуры окружающей среды на фракцию расплава PCM

5 Выводы

Для изучения поведения процесса плавления в условиях конвективной теплопередачи было проведено численное исследование. Помимо основных уравнений потока жидкости и энергии, соотношение Кармана-Козени было применено для моделирования границы раздела жидкость-твердое тело. Программное обеспечение COMSOL 4.3b, основанное на методе конечных элементов, было использовано для построения численной модели настоящего исследования.Можно сделать вывод, что скорость плавления увеличивается с увеличением ч , когда T _∞ выше, чем T _м . В этом случае агрегат подвергается более высокой скорости нагрева. Когда T _∞ равно T _м , увеличение ч приводит к увеличению потерь тепла от блока. В результате скорость плавления ПКМ снижается.

Список литературы

[1] Отопительное оборудование, 2013, http: // www.nrcan.gc.ca/energy/products/categories/heating/13740 Поиск в Google Scholar

[2] Лей Дж., Ян Дж., Ян Э.-Х., Энергетические характеристики ограждающих конструкций зданий, интегрированных с материалами с фазовым переходом для снижение охлаждающей нагрузки в тропическом Сингапуре, Прил. Энергетика, 2016, 162, 207–217. Искать в Google Scholar

[3] Джоулин А., Юнси З., Залевски Л., Русе Д. Р., Лассуэ С., Численное исследование плавления материала с фазовым переходом, нагретого от вертикальной стенки прямоугольного корпуса, Int.J. Comput. Fluid Dyn., 2009, 23, 553–566.10.1080 / 106185603723 Искать в Google Scholar

[4] Мбай М., Бильген Э., Процесс изменения фазы за счет естественной конвекции-диффузии в прямоугольных корпусах, Тепломассопередача, 2001 , 37, 35–42.10.1007 / s002310000095 Искать в Google Scholar

[5] Пал Д., Джоши Ю.К., Таяние в высоком обогреваемом сбоку высоком корпусе равномерно рассеивающим источником тепла, Int. J. Heat Mass Transf., 2001, 44, 375–387.10.1016 / S0017-9310 (00) 00116-2 Искать в Google Scholar

[6] Alawadhi E.М., Термический анализ строительного кирпича, содержащего материал с фазовым переходом, Energy Build., 2008, 40, 351–357.10.1016 / j.enbuild.2007.03.001 Поиск в Google Scholar

[7] Sciacovelli A., Colella F ., Верда В., Плавление ПКМ в накопителе тепловой энергии: Численное исследование и эффект увеличения наночастиц, Междунар. J. Energy Res., 2013, 37, 1610–1623.10.1002 / er.2974 Искать в Google Scholar

[8] Самара Ф., Гроул Д., Биволе PH, Плавление материала с фазовым переходом, вызванное естественной конвекцией: сравнение двумя методами, в: Выдержка из материалов конференции COMSOL Conf., 2012. https://www.comsol.nl/paper/download/150959/groulx_paper.pdf Поиск в Google Scholar

[9] Озтоп Х.Ф., Абу-Нада Э., Численное исследование естественной конвекции в частично обогреваемых прямоугольных корпусах. заполнены наножидкостями, Int. J. Heat Fluid Flow, 2008, 29, 1326–1336.10.1016 / j.ijheatfluidflow.2008.04.009 Поиск в Google Scholar

[10] Ван С.К., Справочник по кондиционированию воздуха и охлаждению, второй, McGraw-Hill, 2001. Искать в Google Scholar

[11] Gau C., Висканта Р., Плавление и затвердевание чистого металла на вертикальной стене, J. Heat Transf., 1986, 108, 174–181.10.1115 / 1.3246884 Искать в Google Scholar

[12] Аль-Джетхела М.С., Тасним С.Х. , Махмуд С., Дутта А., Плавление материала с нано-фазовым переходом внутри пористой оболочки, Int. J. Heat Mass Transf., 2016, 102, 773–787.10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2016.06.070 Поиск в Google Scholar

[13] Mahdaoui M., Kousksou T., Blancher S., Msaad AA, El Rhafiki Т., Мукаллид М., Численный анализ теплопередачи при фазовом переходе твердое тело – жидкость вокруг горизонтального цилиндра, Прил.Математика. Model., 2014, 38, 1101–1110.10.1016 / j.apm.2013.08.002 Искать в Google Scholar

[14] Аль-Джетхела М., Тасним С.Х., Махмуд С., Дутта А., Плавление наноразмерных частиц. PCM в замкнутом пространстве: масштабный анализ и отслеживание тепловых линий, Int. J. Heat Mass Transf., 2018, 119, 841–859.10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2017.11.106 Поиск в Google Scholar

[15] Al-Jethelah M., Tasnim SH, Mahmud S., Dutta A., Заполненная нано-PCM система хранения энергии для солнечно-тепловых систем, Renew. Энергетика, 2018, 126, 137–155.Искать в Google Scholar

Получено: 2017-09-17

Принято: 2018-10-27

Опубликовано в Интернете: 31.