коэффициент теплоотдачи в чем измеряется

Коэффициент теплоотдачи в чем измеряется

1. Конвективный перенос теплоты

Конвекция возможна только в текучей среде, в которой перенос теплоты связан с переносом самой среды. Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа неизбежно происходит соприкосновение отдельных частиц, имеющих различные температуры. Совместный перенос теплоты путем конвекции и теплопроводности называют конвективным теплообменом.

Количество теплоты, переданное в процессе теплоотдачи, определяется по уравнению Ньютона-Рихмана:

для установившегося режима

, Вт; (1.1)

для неустановившегося режима

, Дж, (1.2)

Коэффициент теплоотдачи α – характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Коэффициент α показывает, какое количество тепла передается от единицы поверхности стенки к жидкости в единицу времени при разности температур между стенкой и жидкостью в 1 градус (К), .

Установлено, что коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов: вида и режима движения жидкости, ее физических свойств, размеров и формы стенки, шероховатости стенки. Определение α является основной задачей расчета теплообменных аппаратов. Обычно коэффициент теплоотдачи определяют из критериальных уравнений, полученных преобразованием дифференциальных уравнений гидродинамики и конвективного теплообмена методами теории подобия.

Согласно положений теории подобия конвективный теплообмен без изменения агрегатного состояния вещества в стационарных условиях может быть описан критериальным уравнением вида:

, (1.3)

Критерий Нуссельта, входящий в уравнение (1.3), является определяемым. При известном значении Nu коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан по формуле:

. (1.4)

Для расчета числа критерия Нуссельта при вынужденном движении потока в прямых трубах или каналах можно рекомендовать следующие уравнения:

а) для ламинарного режима движения теплоносителя, :

, (1.5)

б) для переходного режима движения теплоносителя, :

Значение коэффициента С определяется из таблицы 1.1 в зависимости от величины критерия Рейнольдса.

Для приближенных расчетов можно пользоваться уравнением:

. (1.7)

Источник

Теплоотдача теплоносителей

Теплоотдача – это физический процесс переноса теплоты (холода) между поверхностью твердых тел и омывающими их рабочими средами (теплоносителями). При этом теплоносителями могут быть: газы, жидкости, расплавы. Она происходит в результате конвекции, лучистого теплообмена.

В теплоносителе с неоднородным полем температур при вынужденном или естественном перемещении макроскопических элементов наряду с конвекцией происходит процесс переноса тепла теплопроводностью. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называют конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между теплоносителем и обтекаемой им поверхностью называют теплоотдачей.

В зависимости от движения теплоносителя, которое бывает свободным или вынужденным, теплоотдача характеризуется разными значениями. Также на величину теплоотдачи влияетизменение его агрегатного состояния.

Для характеристики интенсивности процесса теплообмена используется коэффициент теплоотдачи теплоносителя. Численно коэффициент теплоотдачи равен тепловому потоку, приходящемуся на единицу поверхности при температурном напоре, равный единице, α – Вт/(м2×К). Он показывает количество теплоты, которое передается в единицу времени через расчетную единицу поверхности. Во внимание берется разность температур между рабочей средой и контактирующей с ней поверхностью. 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. Теплоотдача теплоносителей в условиях естественной конвекции – распространенное понятие, с которым связано как эксплуатация бытовых устройств, так и технических промышленных аппаратов и коммуникаций. Пример бытового теплообменника – обогревательные батареи, устанавливаемые для отопления помещений.

В компании «Савиа», которая специализируется на производстве широкой номенклатуры теплоносителей, можно заказать высококачественные товарные марки их различных видов, отвечающих необходимым требованиям предприятий различных отраслей промышленности и пожеланиям покупателей.

От чего зависит коэффициент теплоотдачи?

На значение коэффициента теплоотдачи влияют многие факторы и прежде всего, теплофизические свойства теплоносителя, его фазовое состояние, вид движения (естественное или вынужденное) и режим течения теплоносителя (ламинарный, переходный, турбулентный), а также характеристика контактируемой поверхности. К параметрам, от которых зависит величина коэффициента теплоотдачи, относятся:

Теплоотдача в условиях вынужденного движения

Во время ламинарного движения, когда скорость и температура на начальном участке трубопроводов распределяется равномерно, у поверхности ее стенок (на границе «теплоноситель – стенка») появляются пограничные слои. Чем дальше они находятся от входа, тем толще. Спустя некоторое расстояние они смыкаются. При этом коэффициент температурного расширения теплоносителя изменяется: на входе он имеет максимальный показатель.

Если рассматривается турбулентное движение, во внимание берутся условия входа теплоносителя в трубопроводы. Наличие острых кромок, большой угол ввода приводят к увеличению возмущения потока. В итоге коэффициент теплоотдачи увеличивается на участке стабилизации.

Иногда создается искусственная шероховатость на поверхности труб (имеет вид насечек), что при соотношении шага между находящимися рядом выступами и их высотой приводит к увеличению коэффициентных показателей теплоотдачи до 2,5 раз. В условиях ламинарного режима величина коэффициента не зависит от наличия шероховатостей.

Чтобы сделать теплообмен более интенсивным, применяются эффективные технологические методы: создаются пульсации потока рабочей среды, проводятся процессы в тонких каналах, когда теплоноситель течет в виде тонкой пленки.

Естественная конвекция и теплоотдача

Естественная конвекция и теплоотдача (конвективный теплообмен) возможны при движении теплоносителя, под влиянием разности его плотностей при различных температурах в определенных точках его объема. Микрочастицы рабочей среды, которые имеют более высокую температуру и соответственно имеют меньшую плотность, поднимаются вверх. А те, более холодные, стремятся вниз, но в результате нагревания также устремляются вверх.

В итоге показатель отдачи тепла зависит от размеров системы теплообмена, формы и площади поверхности охлаждения или нагрева, ее точных температурных показателей и физических характеристик теплоносителя. Однако, в инженерной практике конвективный теплообмен внутри теплоносителя при расчётах, как правило, не рассматривается.

При свободной (естественной) конвекции коэффициент отдачи тепла значительно ниже (в сотни раз), чем во время вынужденного турбулентного движения.

Источник

Коэффициент теплоотдачи в чем измеряется

ГОСТ Р 55655-2013
(ИСО 7345:1987)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Физические величины и определения

Thermal insulation. Physical quantities and definitions

Дата введения 2015-07-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации N 39 «Энергосбережение, энергетическая эффективность, энергоменеджмент»

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Январь 2019 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет физические величины, используемые при описании теплоизоляции зданий, и содержит соответствующие символы и единицы измерения. Поскольку стандарт предназначен для использования в строительстве, определения физических величин даются применительно к строительным материалам и ограждающим конструкциям зданий.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р ИСО 16818 Проектирование окружающей среды здания. Эффективность использования энергии. Терминология

3 Физические величины и определения

Физические величины и определения

Теплота, тепловой поток

Теплота; количество теплоты

Теплофизические характеристики материала

1 Теплопроводность численно равна тепловому потоку, проходящему сквозь единицу поверхности, перпендикулярной направлению теплового потока, при градиенте температуры, равном единице температуры на единицу длины.

2 Знак «минус» в уравнении Фурье показывает, что возрастание температуры происходит в сторону, противоположную тепловому потоку.

3 Коэффициент теплопроводности материала зависит от ряда параметров, среди которых химический состав материала, его структура, плотность, влажность, температура и др.

4 Так как подавляющее большинство строительных материалов являются пористыми, состоящими из скелета и пор, в которых содержится воздух, а теплопроводность воздуха значительно меньше теплопроводности скелета материала, то теплопроводность материала равна некоторой «средней» величине между теплопроводностью скелета и воздуха.

6 Путем кондукции осуществляется теплопередача в скелете строительных материалов. При этом сочетаются два вида теплопроводности, обусловленные различием кондуктивной теплопередачи: теплопроводность, вызванная упругими тепловыми колебаниями групп атомов в структурной решетке материала, и теплопроводность, обусловленная диффузией электронов внутри материала, т.е. электропроводностью материала. Общая теплопроводность скелета материала равна сумме этих двух составляющих. Второй вид кондуктивной теплопроводности для неметаллических строительных материалов имеет небольшое значение, поскольку их электропроводность мала.

7 Чем тяжелее атомы или атомные группы, образующие кристаллы материала и чем слабее они между собою связаны, тем меньше теплопроводность материала.

8 С уменьшением плотности материала его теплопроводность уменьшается, так как снижается влияние кондуктивной составляющей теплопроводности скелета материала, но, однако, при этом возрастает влияние радиационной составляющей. Поэтому уменьшение плотности ниже некоторого значения приводит к росту теплопроводности. То есть существует некоторое значение плотности, при котором теплопроводность имеет минимальное значение.

9 Теплопроводность материала увеличивается с повышением температуры, при которой происходит передача теплоты. Увеличение теплопроводности материалов объясняется возрастанием кинетической энергии молекул скелета вещества. Увеличивается также и теплопроводность воздуха в порах материала, и интенсивность передачи в них теплоты излучением. В строительной практике зависимость теплопроводности от температуры большого значения не имеет. Для пересчета значений теплопроводности материалов, полученных при температуре до 100°С, на значения их при 0°С служит эмпирическая формула О.Е.Власова:

,

— теплопроводность материала при °С;

— температурный коэффициент изменения теплопроводности, 1/°С, для различных материалов, равный около 0,0025 1/°С;

10 Теплопроводность увеличивается с повышением влажности материала из-за того, что вода, находящаяся в порах материала, имеет коэффициент теплопроводности примерно в 22 раза больше, чем у воздуха. Большая интенсивность возрастания коэффициента теплопроводности материала при малой влажности происходит из-за того, что при увлажнении материала сначала заполняются водой мелкие поры и капилляры, влияние которых на теплопроводность материала больше, чем влияние крупных пор. Еще более резко возрастает коэффициент теплопроводности, если влажный материал промерзает, так как лед имеет теплопроводность в 80 раз больше чем у воздуха. Установить общую математическую зависимость теплопроводности материала от его влажности для всех строительных материалов невозможно, так как на нее большое влияние оказывает форма и расположение пор. Увлажнение строительных конструкций приводит к снижению их теплозащитных качеств, приводя к увеличению коэффициента теплопроводности влажного материала.

,

1 Температуропроводность характеризует свойство материала выравнивать температуру. Это означает, что тела, имеющие большую температуропроводность, нагреваются (охлаждаются) быстрее по сравнению с телами, имеющими меньшую температуропроводность.

3 Температуропроводность равна плотности теплового потока при градиенте объемной концентрации внутренней энергии в

4 Определение предполагает, что материал является однородным и непрозрачным.

1 Коэффициент тепловой активности является сложной характеристикой свойств аккумуляции теплоты при любых видах тепловых нестационарных воздействий.

2 Чаще всего тепловая активность применяется для характеристики скорости отвода теплоты от ноги человека при соприкосновении ее с полом помещения, то есть является характеристикой полов.

,

— амплитуда колебаний температуры поверхности полуограниченного массива материала, °С.

1 Характеризует свойство теплоустойчивости материала, то есть способность воспринимать теплоту при колебаниях теплового потока на поверхности материала и при этом сохранять относительное постоянство ее температуры.

.

3 Для суточного периода 24 ч=86400 с,

.

Теплотехнические характеристики конструкций

2 Для плоского однородного слоя, для которого теплопроводность постоянна или может быть усреднена:

,

3 Термическим сопротивлением принято называть также сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойки, несмотря на то, что в процессе передачи теплоты через воздушную прослойку участвуют не только теплопроводность, но и конвективный теплообмен поверхностей прослойки с воздухом прослойки, а также лучистый теплообмен поверхностей прослойки друг с другом.

4 Термическое сопротивление может быть связано как с однородным слоем, так и с многослойной конструкцией, состоящей из плоских параллельных друг другу, но перпендикулярных тепловому потоку слоев. Термическое сопротивление плоской многослойной конструкции равно сумме термических сопротивлений всех слоев, составляющих многослойную конструкцию:

,

.

2 Для однородных плоскопараллельных слоев, перпендикулярных тепловому потоку, эквивалентное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению.

3 Эквивалентное термическое сопротивление конструкции, состоящей из параллельных и перпендикулярных тепловому потоку однородных слоев, равно сумме эквивалентных термических сопротивлений последовательно расположенных рядов параллельных и перпендикулярных тепловому потоку слоев.

.

1 В теплотехнических расчетах ограждающих конструкций и теплового режима помещения применяются коэффициент конвективной теплоотдачи, коэффициент лучистой теплоотдачи, коэффициент общей теплоотдачи.

1 Может относиться к ограждающей конструкции в целом или ее фрагменту.

2 Условное сопротивление теплопередаче конструкции, состоящей из параллельных тепловому потоку слоев и последовательно расположенных перпендикулярных, в ряде случаев приближенно может быть определено как сумма сопротивлений теплоотдаче на поверхностях конструкции и эквивалентного термического сопротивления:

.

3 Для конструкции, состоящей из однородных плоскопараллельных слоев, перпендикулярных тепловому потоку, условное сопротивление теплопередаче равно сумме сопротивлений теплоотдаче на поверхностях конструкции и термических сопротивлений всех однородных слоев по ходу теплового потока:

.

,

1 Приведенное сопротивление теплопередаче конструкции наиболее точно отражает сопротивление теплопередаче реальной конструкции.

2 Выражение является по своему смыслу усредненной по площади (или приведенной к единице площади) плотностью потока теплоты через конструкцию:

.

3 Точное определение приведенного сопротивления теплопередаче конструкции возможно только расчетом плоского или объемного теплового поля. Приближенное значение приведенного сопротивления теплопередаче можно определить по формуле:

,

где — условное сопротивление теплопередаче конструкции, м ·°С/Вт;

— коэффициент теплотехнической однородности конструкции, вычисленный заранее для аналогичной конструкции.

,

— длина конструкции (или участка конструкции), м.

.

.

,

— амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С.

1 Характеризует свойство теплоустойчивости ограждающей конструкции, то есть способность воспринимать теплоту при колебаниях теплового потока на поверхности ограждающей конструкции и при этом сохранять относительное постоянство температуры этой поверхности.

2 Как правило, коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения применяется по отношению к колебаниям внутренних тепловых воздействий.

3 В любом сечении слоя однородного материала, от которого движется тепловая волна, может быть выражен рекуррентной формулой через сечения, к которому волна направлена:

,

4 На поверхности слоя, граничащего со средой, температура которой постоянна и к которой направлена температурная волна (в данном случае наружная поверхность ограждения) коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения равен коэффициенту теплоотдачи на этой поверхности: .

6 В инженерной практике часто применяются упрощенные формулы расчета у поверхности ограждающей конструкции, основанные на том, что приближается к 1 при 3 и к при 0,8.

,

— разность расчетных внутренней и наружной температур для основных помещений здания, °С.

,

,

— амплитуда колебаний радиационной температуры помещения, °С.

1 Характеризует свойство теплоустойчивости помещения, то есть способность воспринимать теплоту при колебаниях теплового потока на внутренней поверхности ограждающих конструкций и при этом сохранять относительное постоянство температуры этой поверхности.

2 Как правило, показатель теплоусвоения помещения применяется по отношению к колебаниям внутренних тепловых воздействий при расчете нестационарного теплового режима помещения, например при прерывистом отоплении, при некруглосуточном кондиционировании воздуха в помещении.

3 Показатель теплоусвоения помещения зависит от коэффициентов теплопоглощения поверхностей всех ограждающих конструкций:

,

Источник