Г лава II
ОТВОД ТЕПЛА ОТ НАГРЕТЫХ ТЕЛ
§ 11.1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ НАГРЕТЫХ ТЕЛ
Отвод тепла от нагретых тел может происходить путем теплопроводности, конвекции и теплового излучения. В отдельных случаях тепло от целого аппарата или от отдельных его частей отводится за счет совокупности двух или трех видов теплообмена; этот процесс называется сложным теплообменом.
Теплопроводность в твердых телах осуществляется передачей тепла от более нагретых частей к менее нагретым. Аналогично идет процесс распространения тепла путем теплопроводности в жидкостях. В металлах в передаче тепла принимают участие свободные электроны, что ускоряет процесс. В газах теплопроводность осуществляется с помощью диффузии молекул.
Конвекцией тепло передается благодаря движению частиц газа или жидкости около нагретого тела. Соприкасаясь с нагретым телом, эти частицы воспринимают от него тепло за счет своей теплоемкости и при дальнейшем движении отдают его более холодным частицам в окружающем пространстве. Передача тепла излучением осуществляется путем распространения от нагретого тела энергии (тепла) в виде только тепловых или тепловых и световых волн, поглощающихся окружающими предметами.
Отдельные виды теплоотвода редко наблюдаются обособленно. В большинстве случаев приходится иметь дело со сложным теплоотводом. Расчет нагревания при этом очень труден и не всегда выполним при настоящем уровне знаний. Поэтому задачу расчета нагревания аппаратов часто приходится решать приближенными методами. Широко распространен расчет теплоотвода от аппаратов с помощью формулы Ньютона:
где k — коэффициент теплоотвода; F — поверхность охлаждения тела.
Коэффициент k зависит от температур поверхности тела и окружающей среды, формы тела и других факторов. В приближенных расчетах его считают постоянной величиной, что, строго говоря, неверно.
Основными процессами теплоотвода от аппаратов являются отвод тепла посредством конвекции и излучения, а в отдельных случаях — посредством теплопроводности. Как будет показано далее, коэффициент теплоотвода путем конвекции может быть выражен равенством:
где k1— коэффициент, зависящий от свойства среды и формы тела;
τ — превышение температуры; η — показатель, изменяющийся в пределах 0-:-0.33.
Коэффициент теплоотвода посредством излучения
где — коэффициент, зависящий от формы и состояния поверхности тела и его расположения относительно окружающих предметов, Т и Т0— абсолютная температура тела и окружающих тел.
Суммарный коэффициент теплоотвода при отсутствии влияния теплопроводности k = kK+ kи. Очевидно, что он является очень сложной функцией температуры.
Рис.III.1 Зависимость коэффициента суммарного теплоотвода с поверхности проводников разных размеров от превышения их температуры
Поэтому только при небольших пределах изменения температуры можно считать без большой погрешности k const. Поясним сказанное.
Па рис. 11.1 показана зависимость суммарного коэффициента теплоотвода от превышения температуры и определяющего размера охлаждаемого тела (понятие об определяющем размере дано в § II.6). Из рисунка видно, что, например, при изменении превышения температуры от 30° до 60° коэффициент теплоотвода изменяется на 20%. При изменении определяющего размера от 1 до 10 см коэффициент теплоотвода падает приблизительно на 30%. Поэтому пользоваться формулой Ньютона и считать коэффициент теплоотвода величиной постоянной можно только при небольших пределах изменения температуры. При определении величины коэффициента теплоотвода необходимо принимать во внимание определяющий размер охлаждаемого тела.
