Виды теплообмена
1.5 Суммарный коэффициент теплопередачи
Если в задаче теплообмена участвует несколько термических сопротивлений, соединенных последовательно, параллельно или комбинированно, удобно ввести суммарный коэффициент теплопередачи, или суммарную удельную тепловую проводимость. Суммарный коэффициент теплопередачи обозначается через К и определяется формулой
(1.18)
Величина K играет ту же роль, что и коэффициент конвективной теплоотдачи . И К, и имеют размерность Вт/(м2.град). Если соотношение (1.18) сравнить с равенством
, (1.19)
то видно, что К можно выразить через полное термическое сопротивление цепи:
(1.20)
В качестве примера использования суммарного коэффициента теплопередачи рассмотрим трехслойную, плоскую стенку, показанную на рисунке 1.2. Величина К в этой задаче находится по формуле
В этом примере площади поперечного сечения всех трех материалов одинаковы, поэтому нет сомнений, какую площадь нужно использовать в соотношении (1.20). Однако, если площади для каждого термического сопротивления различны, нужно быть последовательными при выборе площади, входящей в соотношение (1.20). Случаю переменной площади соответствует задача о многослойной цилиндрической стенке с последовательным соединением термических сопротивлений. Величину KS для тепловой цепи (рисунок 1.4) можно определить из формулы
или
Отметим, что произведение KS постоянно, но величина K зависит от выбора соответствующей площади. Предположим, например, что за характерную площадь мы приняли площадь внутренней поверхности трубы Si =2 r1L. В таком случае величина K, рассчитанная по Si, равна
Если величина K рассчитана по площади наружной поверхности трубы S0 = 2 r3L, то
Несмотря на то, что значения Ki и Ko различны, произведение KS всегда постоянно: KiSi = KoSo.