Przenikanie ciepła cz 1.doc

(701 KB) Pobierz
6. PRZENIKANIE CIEPŁA

PRZENIKANIE CIEPŁA

 

 

    W niniejszym rozdziale będą rozpatrzone proste przypadki równoczesnego przewodzenia i przejmowania ciepła, które nazywamy przenikaniem, oraz ich zastosowania. Założymy przy tym, że współczynniki przejmowania ciepła niezbędne do uzyskania rozwiązań znane są a priori (obliczone w sposób podany w rozdz. 5) i stałe dla rozpatrywanych zagadnień (a = idem).

 

 

1. Ustalone przenikanie ciepła przez przegrodę płaską i cylindryczną

 

 

              Dana jest przegroda płaska, składająca się z n warstw o grubościach ,,...,, zbudowana z materiałów o współczynnikach przewodzenia ciepła , ,... (rys. 6.1). Przegroda ta jest omywana z jednej strony przez płyn o stałej temperaturze , z drugiej zaś przez płyn o stałej temperaturze < . Oznacza to, że ciepło będzie przekazywane od płynu o temperaturze poprzez przegrodę do płynu o temperaturze (przenikanie ciepła). Przyjmujemy ponadto, że znane są wartości współczynników przejmowania ciepła i , przekazywanie ciepła jest ustalone i przewodzenie ciepła przez przegrodę jest jednowymiarowe wyłącznie wzdłuż osi x. Należy wyznaczyć ilość ciepła przenikającego w jednostce czasu od jednego płynu do drugiego. Dla ustalonego przekazywania ciepła gęstość strumienia ciepła przewodzonego i przejmowanego ma stałą wartość:

 

                                                                                                                                                                        q = idem

 

                                                                     

 

                                          Rys. 6.1. Przenikanie ciepła przez wielowarstwową przegrodę płaską

 

Oznacza to, że strumień ciepła napływający na powierzchnię warstwy pierwszej (wzór (2.7))

                                                                                                                                                         

 

jest równy strumieniowi przewodzenia przez każdą z warstw wielowarstwowej przegrody, określonemu równaniem ogólnym

 

                                                                                                                                                                                                                               

 

oraz strumieniowi przejmowanemu do płynu o temperaturze

 

                                                                                                                                                         

 

wyznaczamy z powyższych zależności różnice temperatur:

 

                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    (6.1)

                                                                                                                                            .........................

                                                                                                                                                         

 

i po obustronnym zsumowaniu otrzymamy:

 

                                                                                                                                                                                                                                              (6.2)

 

Gęstość strumienia ciepła przenikającego przez płaską przegrodę wielowarstwową

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    (6.3)

gdzie

                                                                                                                                                                                                                                                                                        (6.4)

 

nazywamy współczynnikiem przenikania ciepła. Z zależności (6.1) można łatwo wyznaczyć temperaturę w dowolnym punkcie przegrody.

              Podobnie można rozwiązać zadanie przenikania ciepła przez wielowarstwową przegrodę cylindryczną.

              Załóżmy, że dana jest wielowarstwowa przegroda cylindryczna (rys.6.2), omywana od wewnątrz przez płyn o stałej temperaturze , natomiast z zewnątrz przez płyn o stałej temperaturze < . Współczynniki przejmowania ciepła są równe odpowiednio i , zaś współczynniki przewodzenia ciepła wynoszą odpowiednio , ,.... Wymiary geometryczne przegrody podano na rys.6.2. Przyjmujemy ponadto, że przekazywanie ciepła jest ustalone, przewodzenie jednowymiarowe wyłącznie wzdłuż współrzędnej r, a współczynniki i są znane i stałe. Należy wyznaczyć strumień ciepła przenikającego przez przegrodę.

              Ponieważ przenikanie ciepła przez przegrodę jest z założenia ustalone, ilość ciepła przejmowanego przez powierzchnię wewnętrzną, przewodzonego przez poszczególne warstwy oraz przejmowanego z powierzchni zewnętrznej do otoczenia są sobie równe. Możemy napisać:

 

              - strumień ciepła przejmowanego przez powierzchnię wewnętrzną

 

                                                                                                                                                                                                                                                           

 

              - strumień ciepła przewodzonego przez każdą z warstw przegrody

 

                                                                                                 

 

                                                        Rys. 6.2. Przenikanie ciepła przez wielowarstwową

                                                                                                     przegrodę cylindryczną

 

                                                                                                                                                                                                                 

 

              - strumień ciepła przejmowanego z powierzchni zewnętrznej

 

                                                                                                                                                                                                                                                           

 

Wyznaczając z powyższych zależności różnice temperatur i sumując obustronnie otrzymane równania można uzyskać wzór określający strumień ciepła przenikającego przez wielowarstwową przegrodę cylindryczną

 

                                                                                                                                                                                                                                (6.5)

lub

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              ...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin