Коэффициент теплоотдачи воздуха в зависимости от температуры
Определение и формула коэффициента теплоотдачи
Конвективный теплообмен — обмен теплотой между частями жидкости (газа), имеющими разную температуру или между жидкостью (газом) и твердым телом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом называют теплоотдачей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ Коэффициентом теплоотдачи называется физическая величина, которая характеризует интенсивность теплоотдачи при известном изменении температуры.
Этот коэффициент часто используют в гидроаэродинамике, когда исследуют конвективный теплообмен. Часто ее обозначают буквой 
. Коэффициент равен:
где 
— температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела. Иногда температурный напор находят, например, в случае обтекания тела потоком сжимаемой жидкостью, Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.
Так, для условий свободной конвекции воздуха: 
(Вт/м2К), воды: 
(Вт/м2К), для воды: 
(Вт/м2К).Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
Прочный и теплый дом – это основное требование, которое предъявляется проектировщикам и строителям. Поэтому еще на стадии проектирования зданий в конструкцию закладываются две разновидности стройматериалов: конструкционные и теплоизоляционные. Первые обладают повышенной прочностью, но большой теплопроводностью, и именно их чаще всего и используют для возведения стен, перекрытий, оснований и фундаментов. Вторые – это материалы с низкой теплопроводностью. Их основное назначение – закрыть собой конструкционные материалы, чтобы понизить их показатель тепловой проводимости. Поэтому для облегчения расчетов и выбора используется таблица теплопроводности строительных материалов.
Теплый дом – это несколько слоев разных строительных материалов
Что такое теплопроводность
Законы физики определяют один постулат, который гласит, что тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. При этом, проходя через строительный материал, тепловая энергия затрачивает какое-то время. Переход не состоится лишь в том случае, если температура на разных сторонах от стройматериала одинаковая.
То есть, получается так, что процесс перехода тепловой энергии, к примеру, через стену, это время проникновения тепла. И чем больше времени на это затрачивается, тем ниже теплопроводность стены. Вот такое соотношение. К примеру, теплопроводность различных материалов:
- бетон –1,51 Вт/м×К;
- кирпич – 0,56;
- древесина – 0,09-0,1;
- песок – 0,35;
- керамзит – 0,1;
- сталь – 58.
Чтобы было понятно, о чем идет речь, надо обозначить, что бетонная конструкции не будет ни под каким предлогом пропускать через себя тепловую энергию, если ее толщина будет в пределах 6 м. Понятно, что это просто невозможно в домостроении. А значит, придется для снижения теплопроводности использовать другие материалы, у которых показатель ниже. И ими облицовывать бетонное сооружение.
Понятие теплопроводности
Что влияет на теплопроводность строительных материалов
Есть несколько параметров, которые сильно влияют на тепловую проводимость.
- Структура самого материала.
- Его плотность и влажность.
Что касается структуры, то здесь огромное разнообразие: однородная плотная, волокнистая, пористая, конгломератная (бетон), рыхлозернистая и прочее. Так вот надо обозначить, что чем неоднороднее структура у материала, тем ниже у него теплопроводность. Все дело в том, что проходить сквозь вещество, в котором большой объем занимают поры разного размера, тем сложнее энергии через нее перемещаться. А ведь в данном случае тепловая энергия – это излучение. То есть, оно не проходит равномерно, а начинает изменять направления, теряя силу внутри материала.
Пористая структура строительного материала
Теперь о плотности. Этот параметр обозначает, на каком расстоянии между собой располагаются частички материала внутри его самого. Исходя из предыдущей позиции, можно сделать вывод: чем меньше это расстояние, а значит, больше плотность, тем тепловая проводимость выше. И наоборот. Тот же пористый материал имеет плотность меньше, чем однородный.
У влажной стены тепловая проводимость выше
Влажность – это вода, которая имеет плотную структуру. И ее теплопроводность равна 0,6 Вт/м*К. Достаточно высокий показатель, сравнимый с коэффициентом теплопроводности кирпича. Поэтому когда она начинает проникать в структуру материала и заполнять собой поры, это увеличение тепловой проводимости.
Коэффициент теплопроводности строительных материалов: как применяется на практике и таблица
Практические значение коэффициента – это правильно проведенный расчет толщины несущих конструкций с учетом используемых утеплителей. Необходимо отметить, что возводимое здание – это несколько ограждающих конструкций, через которые происходит утечка тепла. И у каждой их них свой процент теплопотерь.
- через стены уходит до 30% тепловой энергии общего расхода.
- Через полы – 10%.
- Через окна и двери – 20%.
- Через крышу – 30%.
Теплопотери дома
То есть, получается так, что если неправильно рассчитать теплопроводность всех ограждений, то проживающим в таком доме людям придется довольствоваться лишь 10% тепловой энергии, которое выделяет отопительная система. 90% – это, как говорят, выброшенные на ветер деньги.
Мнение эксперта Андрей Павленков Инженер-проектировщик ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование) ООО «АСП Северо-Запад» Спросить у специалиста “Идеальный дом должен быть построен из теплоизоляционных материалов, в котором все 100% тепла будут оставаться внутри. Но по таблице теплопроводности материалов и утеплителей вы не найдете тот идеальный стройматериал, из которого можно было бы возвести такое сооружение. Потому что пористая структура – это низкие несущие способности конструкции. Исключением может быть древесина, но и она не идеал.”
Стена из бревен – одна из самых утепленных
Поэтому при строительстве домов стараются использовать разные строительные материалы, дополняющие друг друга по теплопроводности. При этом очень важно соотносить толщину каждого элемента в общей строительной конструкции. В этом плане идеальным домом можно считать каркасный. У него деревянная основа, уже можно говорить о теплом доме, и утеплители, которые закладываются между элементами каркасной постройки. Конечно, с учетом средней температуры региона придется точно рассчитать толщину стен и других ограждающих элементов. Но, как показывает практика, вносимые изменения не столь значительны, чтобы можно было бы говорить о больших капитальных вложениях.
Устройство каркасного дома в плане его утепления
Рассмотрим несколько часто используемых строительных материалов и проведем сравнение их теплопроводность по толщине.
Теплопроводность кирпича: таблица по разновидностям
| Фото | Вид кирпича | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
 | Керамический полнотелый | 0,5-0,8 |
 | 0,34-0,43 | |
 | Поризованный | 0,22 |
 | Силикатный полнотелый | 0,7-0,8 |
 | Силикатный щелевой | 0,4 |
 | Клинкерный | 0,8-0,9 |
Тепловая проводимость кирпичной кладки при разнице температуры в 10°С
Теплопроводность дерева: таблица по породам
| Порода дерева | Береза | Дуб поперек волокон | Дуб вдоль волокон | Ель | Кедр | Клен | Лиственница |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/м С | 0,15 | 0,2 | 0,4 | 0,11 | 0,095 | 0,19 | 0,13 |
| Порода дерева | Липа | Пихта | Пробковое дерево | Сосна поперек волокон | Сосна вдоль волокон | Тополь |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/м С | 0,15 | 0,15 | 0,045 | 0,15 | 0,4 | 0,17 |
Коэффициент теплопроводности пробкового дерева самый низкий из всех пород древесины. Именно пробка часто используется в качестве теплоизоляционного материала при проведении утеплительных мероприятий.
У древесины теплопроводность ниже, чем у бетона и кирпича
Теплопроводность металлов: таблица
Данный показатель у металлов изменяется с изменением температуры, в которой они применяются. И здесь соотношение такое – чем выше температура, тем ниже коэффициент. В таблице покажем металлы, которые используются в строительной сфере.
| Вид металла | Сталь | Чугун | Алюминий | Медь |
|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/м С | 47 | 62 | 236 | 328 |
Теперь, что касается соотношения с температурой.
- У алюминия при температуре -100°С теплопроводность составляет 245 Вт/м*К. А при температуре 0°С – 238. При +100°С – 230, при +700°С – 0,9.
- У меди: при -100°С –405, при 0°С – 385, при +100°С – 380, а при +700°С – 350.
Тепловая проводимость у меди выше, чем у стали почти в семь раз
Таблица теплопроводности других материалов
В основном нас будет интересовать таблица теплопроводности изоляционных материалов. Необходимо отметить, что если у металлов данный параметр зависит от температуры, то у утеплителей от их плотности. Поэтому в таблице будут расставлены показатели с учетом плотности материалом.
| Теплоизоляционный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Минеральная вата (базальтовая) | 50 | 0,048 |
| 100 | 0,056 | |
| 200 | 0,07 | |
| Стекловата | 155 | 0,041 |
| 200 | 0,044 | |
| Пенополистирол | 40 | 0,038 |
| 100 | 0,041 | |
| 150 | 0,05 | |
| Пенополистирол экструдированный | 33 | 0,031 |
| Пенополиуретан | 32 | 0,023 |
| 40 | 0,029 | |
| 60 | 0,035 | |
| 80 | 0,041 |
И таблица теплоизоляционных свойств строительных материалов. Основные из них уже рассмотрены, обозначим те, которые в таблицы не вошли, и которые относятся к категории часто используемых.
| Строительный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Бетон | 2400 | 1,51 |
| Железобетон | 2500 | 1,69 |
| Керамзитобетон | 500 | 0,14 |
| Керамзитобетон | 1800 | 0,66 |
| Пенобетон | 300 | 0,08 |
| Пеностекло | 400 | 0,11 |
Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки
Всем известно, что воздух, если его оставить внутри строительного материала или между слоями стройматериалов, это великолепный утеплитель. Почему так происходит, ведь сам воздух, как таковой, не может сдерживать тепло. Для этого надо рассмотреть саму воздушную прослойку, огражденную двумя слоями стройматериалов. Один из них соприкасается с зоной положительных температур, другой с зоной отрицательный.
Воздушная прослойка между внешней облицовкой и теплоизоляционным слоем
Тепловая энергия движется от плюса к минусу, и встречает на своем пути слой воздуха. Что происходит внутри:
- Конвекция теплого воздуха внутри прослойки.
- Тепловое излучение от материала с плюсовой температурой.
Поэтому сам тепловой поток – это сумма двух факторов с добавлением теплопроводности первого материала. Необходимо сразу отметить, что излучение занимает большую часть теплового потока. Сегодня все расчеты теплосопротивления стен и других несущих ограждающих конструкций проводят на онлайн-калькуляторах. Что касается воздушной прослойки, то такие расчеты провести сложно, поэтому берутся значения, которые в 50-х годах прошлого столетия были получены лабораторными исследованиями.
Воздушная прослойка внутри стены
В них четко оговаривается, что если разница температур стен, ограниченных воздухом, составляет 5°С, то излучение возрастает с 60% до 80%, если увеличить толщину прослойки с 10 до 200 мм. То есть, общий объем теплового потока остается тот же, излучение вырастает, а значит, теплопроводность стены падает. И разница значительная: с 38% до 2%. Правда, возрастает конвекция с 2% до 28%. Но так как пространство замкнутое, то движение воздуха внутри него никак не действует на внешние факторы.
Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором
Рассчитать толщину стены не так просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.
Толщина стен из разных стройматериалов с одинаковым тепловым сопротивлением
Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу. Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.
| Регион | Москва | Санкт-Петербург | Ростов | Сочи |
|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность | 3,14 | 3,18 | 2,75 | 2,1 |
То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены. Что касается онлайн-калькулятора, то предлагаем ниже посмотреть видео, на котором разбирается, как правильно пользоваться таким расчетным сервисом.
Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры при атмосферном давлении
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха λ в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия, например таких, как число Прандтля, Нуссельта, Био.
Теплопроводность выражена в размерности Вт/(м·град) и дана для газообразного воздуха в интервале температуры от -183 до 1200°С. Например, при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град).
При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность, например при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).
По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность воздуха увеличивается. Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза.
| t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -183 | 0,0084 | -30 | 0,022 | 110 | 0,0328 | 450 | 0,0548 |
| -173 | 0,0093 | -20 | 0,0228 | 120 | 0,0334 | 500 | 0,0574 |
| -163 | 0,0102 | -10 | 0,0236 | 130 | 0,0342 | 550 | 0,0598 |
| -153 | 0,0111 | 0 | 0,0244 | 140 | 0,0349 | 600 | 0,0622 |
| -143 | 0,012 | 10 | 0,0251 | 150 | 0,0357 | 650 | 0,0647 |
| -133 | 0,0129 | 20 | 0,0259 | 160 | 0,0364 | 700 | 0,0671 |
| -123 | 0,0138 | 30 | 0,0267 | 170 | 0,0371 | 750 | 0,0695 |
| -113 | 0,0147 | 40 | 0,0276 | 180 | 0,0378 | 800 | 0,0718 |
| -103 | 0,0155 | 50 | 0,0283 | 190 | 0,0386 | 850 | 0,0741 |
| -93 | 0,0164 | 60 | 0,029 | 200 | 0,0393 | 900 | 0,0763 |
| -83 | 0,0172 | 70 | 0,0296 | 250 | 0,0427 | 950 | 0,0785 |
| -73 | 0,018 | 80 | 0,0305 | 300 | 0,046 | 1000 | 0,0807 |
| -50 | 0,0204 | 90 | 0,0313 | 350 | 0,0491 | 1100 | 0,085 |
| -40 | 0,0212 | 100 | 0,0321 | 400 | 0,0521 | 1200 | 0,0915 |
| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени. Удельные теплоты сгорания и парообразования. Термические константы. Коэффициенты теплообмнена и расширения / / Конвекционный и полный теплообмен. Коэффициенты теплообмена. Коэффициенты тепловой проводимости поверхностей. Тепловыделение, теплопотери / / Таблица полных коэффициентов теплообмена / коэффициентов теплопередачи для подогрева рабочей среды резервуара с помощью парового, водяного, солевого или масляного змеевика (витого трубопровода с теплоносителем или холодоносителем) Поделиться:
| ||||||||||||||||
Коэффициент теплоотдачи, формула и примеры
Определение и формула коэффициента теплоотдачи
Конвективный теплообмен — обмен теплотой между частями жидкости (газа), имеющими разную температуру или между жидкостью (газом) и твердым телом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом называют теплоотдачей.
Этот коэффициент часто используют в гидроаэродинамике, когда исследуют конвективный теплообмен. Часто ее обозначают буквой . Коэффициент равен:
где — плотность теплового потока, — температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела. Иногда температурный напор находят, например, в случае обтекания тела потоком сжимаемой жидкостью, считают равным модулю разности температуры жидкости далеко от тела и температурой поверхности тела, которая была бы в отсутствии теплообмена.
Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.
Так, для условий свободной конвекции воздуха: (Вт/м2К), воды: (Вт/м2К). При вынужденной конвекции величины коэффициента теплоотдачи колеблются в пределах: для воздуха: (Вт/м2К), для воды: (Вт/м2К).
Формула Ньютона-Рихмана
Коэффициент теплоотдачи входит в выражение для потока тепла в веществе жидкой или газообразной среды с интенсивным изменением температуры при увеличении расстояния от охлаждаемого или нагреваемого объекта:
где — количество теплоты, которая отводится от поверхности, имеющую площадь S, — температура вещества (жидкости, газа), — температура поверхности тела. Выражение (2) называется формулой Ньютона — Рихмана.
Так как интенсивность теплообмена может изменяться при передвижении вдоль площади соприкосновения жидкого носителя с поверхностью твердого тела, вводят местный коэффициент теплоотдачи, который равен:
На практике чаще применяют средний коэффициент теплоотдачи , вычисляя его по формуле:
где температуры берут средние для поверхности и для вещества.
Дифференциальное уравнение теплоотдачи
Дифференциальное уравнение теплоотдачи показывает связь между коэффициентом теплоотдачи и полем температур среды (жидкости или газа):
где , — градиент температуры, индекс n=0 значит то, что градиент берут на стенке.
Критерий Нуссельта
Критерий Нуссельта () является характеристикой теплообмена на границе между жидкостью и стеной:
где — характерный линейный размер, — коэффициент теплопроводности жидкости. Для стационарного процесса критерий Нуссельта находят, используя критериальное уравнение конвективного теплообмена:
где постоянные. — критерий Рейнольдса, — критерий Прандтля, — критерий Грасгофа.
Коэффициент теплоотдачи и его связь с коэффициентом теплопередачи
Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку связан с коэффициентами теплоотдачи выражением:
где — коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, — коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, — толщина стенки, — коэффициент теплопроводности стенки.
Единицы измерения
Основной единицей измерения коэффициента теплоотдачи в системе СИ является:
=Вт/м2К
Примеры решения задач
Общий коэффициент теплопередачи | TLV — Наша компания
Общий коэффициент теплопередачи (величина U) показывает, насколько хорошо тепло проходит через различные устойчивые вещества. Он измеряется в Вт/(м2°C).
Пар или горячая вода?
В данной статье речь пойдет о том, как рассчитать и сравнить коэффициент теплопередачи пара и горячей воды посредством различных типов рабочей среды, в т.ч. с учетом пленочного коэффициента и характеристик самого стенового материала.
На общий коэффициент теплопередачи влияет толщина и теплопроводность рабочей среды, передающей тепло. Чем больше коэффициент, тем легче тепло передается от источника к нагреваемому продукту. В теплообменнике связь между общим коэффициентом теплопередачи (U) и количеством теплоты (Q) может быть определена следующим уравнением,
где
Q = количество теплоты, Вт = Дж
А = поверхность теплообмена, м2
U = общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м2°C)
ΔTLM = средняя логарифмическая разница температур, ° C [°F]
Из этого уравнения следует, что значение U прямо пропорционально Q, скорости теплообмена. Допустим, что поверхность теплопередачи и разница температур остаются неизменными, тогда чем больше значение U, тем больше будет скорость теплопередачи. Другими словами, для определенного теплообменника и продукта большой коэффициент теплопередачи сократит время запуска и увеличит эффективность работы и прибыль.
Расчет величины U
Для определения значения U используется множество уравнений, вот одно из них:
где
h = коэффициент конвективного теплообмена, Вт/(м2°C)
L = толщина стенки, м [фут]
λ = теплопроводность, Вт/(м°С)
Теплопередача через металлическую стенку
При подогреве воды, например, теплопередача проходит из жидкости 1 (источник тепла) к жидкости 2 (вода, нагреваемый продукт) через проводящее твердое вещество (металлическую стенку). Но нельзя забывать и о сопротивлении пленки. Именно поэтому коэффициент конвективного теплообмена (h), иногда называемый пленочным коэффициентом, учитывается при расчете теплообмена между жидкостью и проводящей стенкой.
Кроме того, в некоторых уникальных производственных процессах, как в технологическом нагреве, применяемом в биотехнологии или в фармацевтике, передача тепла может проходить через несколько слоев стенок. Для таких случаев приведенное выше уравнение можно адаптировать, включив в него каждый слой толщины твердого тела (L), разделенный на его теплопроводность (λ).
Чтобы упростить приведенные ниже типовые вычисления, следующие значения могут использоваться в качестве примера для коэффициентов конвективного теплообмена:
| Текучая среда | Коэффициент конвективного теплообмена (h) |
|---|---|
| Вода | около 1000 Вт/(м2°C) |
| Горячая вода | 1000 — 6000 Вт/(м2°C) |
| Пар | 6000 — 15000 Вт/(м2°C) |
Пример для сравнения влияния на величину U различных источников тепла, пара или горячей воды
Для подогрева воды используются два паровых котла из углеродистой стали (λ = 50 Вт/(м°C)) со внутренней толщиной стенки 15 мм. Предположим, что коэффициент теплопередачи подогреваемой воды — 1000 Вт/м2°C, горячей воды — 3000 Вт/м2°C и пара — 10000Вт/м2°C, а теперь рассчитаем значение U для обоих процессов нагревания.
Паровой котел из углеродистой стали — Сравнение источников тепла: пара и горячей воды
Горячая вода:
Пар:
В этом случае пар обеспечивает расчетное улучшение значения U на 17%.
Теперь представьте, что теплопроводящая стенка котла также облицована слоем стеклоэмали толщиной 1 мм [0.0033 фт] (λ = 0.9 Вт/(м °C)). Включение этих значений в вышеприведенное уравнение для расчета величины U дает следующие результаты:
Стеклоэмалированный паровой котел — Сравнение источников тепла: пара и горячей воды
Горячая вода:
Пар:
В данном случае при дополнительном сопротивлении проводимости значение U также увеличится, но только на 9%. Этот пример демонстрирует, как плохой тепловой проводник, такой как стекло, может сильно мешать теплопередаче.
Так, для некоторого теплообменного оборудования, как для котла из углеродистой стали, изменение источника тепла с горячей воды на пар может потенциально улучшить значение U и существенно повысить теплопередачу, если материал стенки будет обладать высокой теплопроводимостью. Однако, такого потрясающего эффекта достичь не удастся при использовании теплообменника с несколькими слоями стенок, не обладающими высокой теплопроводимостью (напр. котла со стеклоэмалью).
Тем не менее в некоторых процессах для предотвращения взаимодействия с продуктом как раз и потребуются особые стеклоэмалированные стенки.
Другие факторы
Загрязнение
Загрязнение поверхности материала стенки может представлять собой дополнительный барьер для теплопередачи. Эта проблема возникает по многим причинам: как из-за нагревательной среды, так и из-за продукта. Другими факторами могут стать отложения частиц на источнике нагрева и чрезмерно высокая или низкая температура продукта.
Например, давление пара иногда повышают для того, чтобы при его помощи протолкнуть конденсат через выпускной регулирующий клапан на уровне бака. Однако с увеличением давления внутри теплообменника температура пара также возрастает, и это избыточное тепло может вызвать повышенное загрязнение продукта. И наоборот, если конденсат накапливается в оборудовании, загрязнение может быть вызвано частицами, попавшими на источник нагрева именно с ним. А загрязнение продукта может быть спровоцировано более низкими температурами, из-за которых он прилипает к поверхности при несоблюдении требуемого уровня вязкости.
Загрязнение можно добавить к данному уравнению, включив сюда отношение толщины его слоя (LF) к его проводимости (λF) как и в нашем примере со стеклоэмалью. Как правило, фактор загрязнения учитывается для теплообменников, которые уже были в эксплуатации. Обычно, расчеты, где сравнивается снижение показателей величины U, используются для новых и уже находящихся в эксплуатации теплообменников.
Полный коэффициент теплообмена. Тепловое и термическое сопротивление.
Полный коэффициент теплообмена. Тепловое и термическое сопротивление.
Полный коэффициент теплообмена для стен или теплообменников может быть вычислен как:
1 / U A = 1 / h1 A1 + dxw / k A + 1 / h2 A2 (1)
где
U = полный коэффициент теплообмена (Вт/м2К)
A = площадь поверхности теплообмена для каждой из сторон(м2)
k = теплопроводность материала (Вт/мК)
h = коэффициент теплообмена для каждого рабочей среды(Вт/м2К)
dxw = толщина стенки (м)
Теплопроводность — k — для нескольких материалов: .
- ПП-Полипропилен — 0.12 Вт/мК
- Нержавеющая стальl — 21 Вт/мК
- Алюминий — 221 Вт/мК
Коэффициент теплообмена — h — зависит от
- разновидности рабочей среды — газ или жикость
- свойств потока, таких как скорость, например
- другие температурные и поточные свойства
Коэффициент теплообмена для нескольких распространенных рабочих сред:
- Воздух — 10 to 100 Вт/м2К
- Вода — 500 to 10 000 Вт/м2К
Тепловое сопротивление (термическое)
Полный коэффициент теплообмена также может быть вычислен с помощью оценки теплового сопротивления (термического). Стена разбивается на зоны с разным тепловым (термическим) сопротивлением, где
- теплообмен между 1й рабочей средой и стенкой описывается одним коэффициентом теплового (термического) сопротивления
- теплообмен через стенку описывается вторым коэффициентом
- обмен между стенкой и второй рабочей средой описывается третьим коэффициентом
Покрытие поверхности или слои сгоревших продуктов дают дополнительное тепловое (термическое) сопротивление стенке, снижая при этом полный коэффициент теплообмена.
Общая формула:
Rt=(T2-T1)/P
где:
- Rt — тепловое (термическое) сопротивление на участке тепловой цепи, K / Вт
- T2 — температура начала участка, K
- T1 — температура конца участка, K
- P — тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт
Пример — Теплообмен в теплообменнике
Плоский теплообменник передает тепло от рабочей среды A к рабочей среде B. Толщина тонкой стенки 0.1 мм и материал либо ПП-Полипропилен,либо алюминий либо нержавеющая сталь.
Рабочие тела А и В — воздух с коэффициентом теплообмена hair = 50 Вт/м2К.
Полный коэффициент теплообмена U на единицу площади выражается как:
U = 1 / (1 / hA + dxw / k + 1 / hB) (1b)
Используя данные ниже можно посчитать полный коэффициент теплообмена для:
- ПП-Полипропилен : U = 24.5 Вт/м2К
- Сталь : U = 25.0 Вт/м2К
- Алюминий : U = 25.0 Вт/м2К
Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи
Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи приведены в табл. 6.2, а коэффициентов теплоотдачи — в табл. 6.3. Средняя разность температур при прямотоке или противотоке теплоносителей равна [c.147]Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи [c.174]
Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи. При расчетах теплообменных аппаратов часто приходится задаваться значениями коэффициентов теплопередачи. При этом целесообразно коэффициент теплопередачи определять по ориентировочным значениям коэффициентов теплоотдачи, приведенным ниже для наиболее часто встречающихся в практике случаев теплоотдачи [c.299]
Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при решении задач режимного расчета затрудняется тем, что в начале расчета неизвестны значения скорости и температуры одной или раз-ных сред. Поэтому в первом приближении этими значениями приходится задаваться ориентировочно, что особенно затруднительно при оценке значений скорости. В дальнейшем значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи уточняются по методу последовательных приближений, причем требуется, как правило, не менее двух, а иногда и трех приближений. Если при переходе от одного приближения к следующему температуры. меняются незначительно, то для пересчета значений коэффициента теплопередачи на другие расходы сред могут быть использованы приближенные соотнощения (2-125а). [c.155]
В табл. 4-5 приведены приближенные значения коэффициентов теплоотдачи (с округлением) для воды и воздуха, вычисленные по вышеприведенным формулам для основных случаев конвективной теплоотдачи, а в табл. 4 6 — ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи, полученные практически для различных случаев теплообмена. [c.174]
Ориентировочные пределы значений коэффициентов теплоотдачи приведены в табл. УИ-18, а коэффициентов теплопередачи — в табл. УЛ-19. Коэффициенты теплопередачи калориферов см. [УИ-32, УИ-ЗЗ]. [c.607]
После предварительного выбора конструкции и размеров аппарата и определения направления движения материальных потоков рассчитываются коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи и значение последнего сравнивается с принятым для ориентировочного расчета. При значительном различии принимается новое значение площади поверхности теплообмена и по новым размерам теплообменника заново выполняются вычисления. Расчет можно считать законченным, если последовательные вычисления дают отклонения площади поверхности теплообмена в пределах желательной точности. При оценке этой точности необходимо учитывать сравнительно невысокую точность расчета коэффициентов теплоотдачи. Относительная погрещность находится на уровне 10% или даже более. [c.349]
Требуемые высокие значения эффективности теплопередачи говорят о том, что применяемая схема движения теплоносителя должна быть близкой к противоточной. По-видимому, этому условию удовлетворяет многоходовая пере-крестнопоточная схема (см. рис. 1.14). Анализ рис. 4.4 показывает, что при характерной для этого случая постоянной разности температур и величине подогрева, в четыре раза превышающей разность температур, отношение длины к диаметру непрерывного круглого канала для воздуха должно быть равно примерно 300. Большие значения коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании оребренных труб могут снизить эту величину примерно вполовину. Если принять Ид, = 150, то ориентировочное значение скорости воздуха люжет быть определено, исходя из допустимой величины перепада давления (фактор трения, отнесенный к эквивалентному диаметру проходного, сечения приблизительно. равен 0,13). Таким образом, [c.222]
Следовательно значения коэффициентов теплоотдачи при кипении рабочих тел для холодильных машин недостаточно исследованы. Поэтому расчетные коэффициенты теплоотдачи надо принимать как ориентировочные и проверять их по имеющимся для аппаратов коэффициентам теплопередачи. [c.346]
Однако на этой стадии расчета точное определение коэффициента теплопередачи невозможно, так как а и 2 зависят от параметров конструкции рассчитываемого теплообменного аппарата. Поэтому сначала на основании ориентировочной оценки коэффициента теплопередачи приходится приближенно определить поверхность и выбрать конкретный вариант конструкции, а затем провести уточненный расчет коэффициента теплопередачи и требуемой поверхности. Сопоставление ее с поверхностью выбранного нормализованного теплообменника дает ответ на вопрос о пригодности выбранного варианта для данной технологической задачи. При значительном отклонении расчетной поверхности от выбранной следует перейти к другому варианту конструкции и вновь выполнить уточненный расчет. Число повторных расчетов зависит главным образом от степени отклонения ориентировочной оценки коэффициента теплопередачи от его уточненного значения. Многократное повторение однотипных расчетов предполагает использование ЭВМ. Следует, однако, иметь в виду, что трудоемкость повторных расчетов вручную резко снижается по мере выявления характера зависимости коэффициентов теплоотдачи от параметров конструкции аппарата. [c.21]
После предварительного выбора конструкции и основных размеров аппарата, определения направления движения материальных потоков рассчитывают коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи и значение последнего сравнивают с принятым для ориентировочного расчета. При значительном различии их принимают новое значение площади поверхности теплообмена и по новым размерам теплообменника заново выполняют вычисления. [c.81]
На основе опыта или с помощью справочников по теплопередаче ориентировочно оценивают значения коэффициентов теплоотдачи для теплоносителей как от горячего к етенке (ai), так и от стенки к холодному (аг). Можно пользоваться следующими средними значения- ми [51] [c.33]
Для предварительного определения коэффициента теплопередачи К задаемся ориентировочными значениями и (см. гл. IX). Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке трубки принимаем равным 300 ккал/мЧас °С, от стенки к воде = 2500 ккал/м ас С. [c.446]
Часто неудовлетворительная конструкция аппарата получается в тех случаях, когда необходимо осуществить теплообмен мteждy технологическим потоком, имеющим большой расход, но малое изменение температуры, и потоком, имеющим малый расход, но большой диапазон изменения температуры. При
Теплоотдача радиаторов отопления таблица — Климат в доме
Основными критериями выбора приборов для обогрева жилья является его теплоотдача.
Это коэффициент, определяющий количество выделенного тепла устройством.
Иными словами, чем выше теплоотдача, тем быстрее и качественнее будет осуществляться прогрев дома.
Сколько нужно тепла для отопления?
Для точного расчета необходимого количества тепла для помещения следует учитывать множество факторов: климатические особенности местности, кубатуру здания, возможные теплопотери жилья (количество окон и дверей, строительный материал, наличие утеплителя и др.). Данная система вычислений достаточно трудоемкая и применяется в редких случаях.
В основном, расчет тепла определяется на основании установленных ориентировочных коэффициентов: для помещения с потолками не выше 3 метров, на 10 м2 требуется 1 Квт тепловой энергии. Для северных регионов показатель увеличивается до 1,3 Квт.
К примеру, помещение, площадью 80 м2, для оптимального обогрева требует 8 КВт мощности. Для северных районов количество тепловой энергии возрастет до 10,4 КВт
Теплоотдача – ключевой показатель эффективности
Коэффициент теплоотдачи радиаторов – это показатель его мощности. Он определяет количество выделенного тепла за определенный промежуток времени. На мощность конвектора влияют: физические свойства прибора, его тип подключения, температура и скорость теплоносителя.
Мощность конвектора, указанная в его техпаспорте, обусловлена физическими свойствами материала, из которого изготовлен прибор, и зависит от его межосевого расстояния. Чтобы рассчитать необходимое количество секций радиатора для помещения, понадобится площадь жилья и коэффициент теплового потока прибора.
Вычисления производятся по формуле:
Количество секций = S/ 10 * коэффициент энергии (K) / величина теплового потока (Q)
Пример: Необходимо рассчитать количество секций алюминиевой батареи (Q = 0,18) для помещения, площадью 50 м2.
Расчет: 50 / 10 * 1 / 0,18 = 27,7. То есть, для обогрева помещения понадобится 28 секций. Для монолитных приборов, за место Q, ставим коэффициент теплоотдачи радиатора и в результате получаем необходимое количество батарей.
Если конвекторы будут установлены рядом с источниками, влияющими на теплопотери (окна, двери), то коэффициент энергии берется из расчета — 1.3.
Для отопления используются радиаторы: стальные, алюминиевые, медные, чугунные, биметаллические (сталь + алюминий), и все они имеют разную величину теплового потока, обусловленную свойствами металла.
Сравнение показателей: анализ и таблица
Помимо материала, из которого изготовлен прибор, на коэффициент мощности влияет межосевое расстояние – высота между осями верхнего и нижнего выходов. Также существенное влияние на КПД оказывает величина теплопроводности.
| Тип радиатора | Межосевое расстояние (мм) | Теплоотдача (КВт) | Температура теплоносителя (0С) |
| Алюминиевые | 350 | 0,139 | 130 |
| 500 | 0,183 | ||
| Стальные | 500 | 0,150 | 120 |
| Биметаллические | 350 | 0,136 | 135 |
| 500 | 0,2 | ||
| Чугунные | 300 | 0,14 | 130 |
| 500 | 0,16 | ||
| Медные | 500 | 0,38 | 150 |
Факторы, которые влияют на показатели
Материал изготовления
Наибольшей теплоотдачей обладают медные и алюминиевые конвекторы. Самый низкий коэффициент мощности наблюдается у чугунных батарей, но он компенсируется их способностью сохранять тепло длительное время.
На эффективность КПД влияет правильный монтаж теплоприборов:
- Оптимальное расстояние между полом и батареей – 70-120 мм, между подоконником – не менее 80 мм.
- Обязательно предусматривается установка воздуховыпускника (крана Маевского).
- Горизонтальное положение теплоприбора.
Радиаторы с лучшей теплоотдачей:
| Материал | Модель, производитель | Номинальный тепловой поток (КВт) | Стоимость за секцию (руб) |
| Алюминий | Royal Thermo Indigo 500 | 0,195 | 700,00 |
| Rifar Alum 500 | 0,183 | 700,00 | |
| Elsotherm AL N 500х85 | 0,181 | 500,00 | |
| Чугун | STI Нова 500 (секционного типа) | 0,120 | 750,00 |
| Биметалл | Rifar Base Ventil 500 | 0,204 | 1100,00 |
| Royal Thermo PianoForte 500 | 0,185 | 1500,00 | |
| Sira RS Bimetal 500 | 0,201 | 1000,00 | |
| Сталь | Kermi FTV(FKV) 22 500 | 2,123 (панель) | 8200,00 (панель) |
Размещение радиаторов
Выделяют следующие типы подключения:
- Диагональное. Подающая труба монтируется к конвектору слева сверху, а выводящая снизу справа.
- Боковое (одностороннее). Подающая и обратная труба крепятся к теплоприбору с одной стороны.
- Нижнее. Обе трубы подводятся к батарее снизу, с противоположных сторон.
- Верхнее. Трубы монтируются к верхним выходам теплоприбора, с обеих сторон.
Самым эффективным способом является диагональное подключение, которое позволяет равномерно нагреться прибору. При небольшом количестве секций, можно повысить мощность посредством бокового подключения.
Если секций одного радиатора более 15, то данная схема будет неэффективной, так как дальняя боковая сторона не будет прогреваться в данной мере.
Как улучшить теплоотдачу
Указанный коэффициент мощности конвектора в его техпаспорте, имеет место быть, практически при идеальных условиях. На деле, величина теплового потока несколько снижена,и это обусловлено большими теплопотерями.
В первую очередь, для повышения коэффициента необходимо уменьшить потерю тепла – провести работы по утеплению дома, особое внимание, уделив крыше, так как через нее уходит около 70% теплого воздуха и оконным и дверным проемам.
На стену за теплоприбором целесообразно установить отражающий материал, чтобы направить всю полезную энергию внутрь помещения.
При монтаже теплопровода, следует отдать предпочтение металлическим трубам, так как они также осуществляют теплообмен, соответственно КПД значительно увеличивается.
Подводя итоги, следует отметить, что лучшей теплоотдачей обладают медные, биметаллические и алюминиевые радиаторы. Первые отличаются довольно высокой стоимостью и используются крайне редко.
На основе заявленной мощности радиатора производителем, можно сделать вывод, что биметаллические теплоприборы превосходят алюминиевые.
Однако, на практике больше тепла отдают приборы из алюминия, так как сталь, входящая в состав биметаллических конвекторов обладает высокой теплопроводностью, а значит остывает за более короткий промежуток времени.