Теплопередача через ребристую стенку

Ребристые поверхности применяют при необходимости выровнять термические сопротивления. Например, с одной стороны теплоноситель имеет высокий коэффициент теплоотдачи, с другой стороны — теплоноситель с теплоотдачей значительно более низкой. Соответственно, со стороны теплоносителя с низкой теплоотдачей существует большое термическое сопротивление, которое необходимо снизить. Один из методов снижения термического сопротивления — увеличение площади поверхности теплообмена со стороны теплоносителя с малой теплоотдачей. Применение развитой ребристой поверхности теплообмена интенсифицирует процесс теплоотдачи с этой стороны, что приводит к росту коэффициента теплопередачи и к общей интенсификации процесса теплообмена.

Рис. 16.6. Теплопередача через ребристую стенку

Рассмотрим плоскую стенку (рис. 6.6) толщиной δ, материал который имеет коэффициент теплопроводности λ.

Со стороны теплоносителя с низкой теплоотдачей стенка имеет ребра, выполненные из этого же материала.

Гладкую поверхность площадью F₁ омывает горячий теплоноситель (средняя температура которого t_г) с высокой теплоотдачей a_г.

Температура этой поверхности t_1. Температура холодной жидкости, омывающей ребристую поверхность t_х, площадь ребристой поверхности — F₂, среднее значение температуры ребристой поверхности t₁

Коэффициент теплоотдачи на границе "холодная жидкость – ребристая стенка" низок и равен a_х.

Установившейся стационарный тепловой поток может быть описан тремя уравнениями:

; (16.23)

; (16.24)

. (16.25)

Приведенные уравнения описывают количество тепла переданного:

· от горячего теплоносителя к гладкой поверхности стенки;

· прошедшего сквозь стенку от гладкой её поверхности к ребристой;

· то же количество тепла, переданное от наружной поверхности ребер холодному теплоносителю.

Уравнения (16.23) – (16.25) дают нам возможность определить частные температурные напоры

Складывая левые части уравнений, получим полный температурный напор

.

Отсюда

; (16.26)

. (16.27)

Однако формулы (6.21) и (6.22) при проведении расчётов практически не используют, так как обычно в расчетах необходимо определить площадь либо гладкой, либо оребренной поверхности. И тогда коэффициент теплопередачи относит либо к гладкой, либо к оребренной поверхности.

. (16.28)

Здесь K₁ и K₂ — коэффициенты теплопередачи, отнесенные к гладкой и ребристой поверхности соответственно.

; (16.29)

, (16.30)

где K₁ — коэффициент теплопередачи при расчетах необходимой площади гладкой поверхности;

K₂ — коэффициент теплопередачи, отнесенный к единице оребренной поверхности;

— отношение площади оребренной поверхности к площади гладкой поверхности, называется коэффициентом оребрения.

Если геометрические параметры ребристой поверхности заданы, и значения коэффициентов теплоотдачи a₁ и a₂ известны, то расчет теплопередачи через такую стенку трудностей не представляет.