Страница 7 из 37
Рис. 2.6. Теплопередача через жидкостные прослойки: а — теплопередача теплопроводности; б — теплопередача теплопроводности (1) и конвекцией (2)
В некоторых случаях при расчетах нагревания аппаратов приходится иметь дело с теплопередачей через жидкостные прослойки (ввод масляного выключателя, дугогасительная камера воздушного выключателя и пр.). При небольшой толщине прослойки теплопередача может осуществляться только за счет теплопроводности, в других случаях в теплопередаче могут участвовать конвекция и излучение (рис. 2.6).
При малой толщине прослойки около внутренней и наружной поверхностей, ограничивающих прослойку, образуются слои ламинарного движения жидкости, в которых передача тепла осуществляется теплопроводностью. Падение температуры от нагретой до холодной поверхности линейно и сосредоточено в этих слоях. При большой толщине прослойки ламинарные слои занимают относительно незначительную ее часть. Они образуются у поверхностей стенок и, несмотря на их малую толщину, в них сосредоточена основная часть падения температуры.
В средней части прослойки ламинарное движение переходит в турбулентное, и здесь передача теплоты осуществляется в основном конвекцией, а в случае воздушной прослойки — отчасти излучением.
В области теплопроводности передача тепла определяется уравнением (II.7):
где р- удельное тепловое сопротивление жидкости.
В случае цилиндрической прослойки (11.51) превращается в следующее выражение:
(11.52)где —тепловой поток на единицу длины цилиндров, а
Рис. II.7. Разграничение области чистой теплопроводности и области совместного действия теплопроводности и конвекции для масла (1) и воздуха (2) в жидкостных прослойках
Определение падения температуры в прослойке большой толщины затрудняется необходимостью учета конвекции. Для решения этой задачи воспользуемся понятием об эквивалентном коэффициенте теплопроводности λε. Это такое значение коэффициента теплопроводности жидкости, при котором через прослойку было бы передано такое же количество теплоты, как и в действительном процессе. Смысл введения коэффициента заключается в том, что определение γе из опыта сравнительно просто, тогда как определение в отдельности коэффициентов теплопроводности k1, учитывающего собственно теплопроводность, и k3, учитывающего конвекцию,— трудно. Значение эквивалентного коэффициента теплопроводности может быть представлено в критериальном виде так:
(И.53)Отношение
(11.54)можно привести к виду
где
(11.55)Δϑ — перепад температуры в прослойке.
Выражение (11.54) дает возможность отделить область чистой теплопроводности от области, где действует теплопроводность и конвекция. Область конвекции определяется значением εR> 1. При εR< I получается область теплопроводности. Кривые на рис. II.7 соответствуют εR = 1. Заметим, что эти данные справедливы при достаточно большой длине прослойки (l > s).
