Physical Process Modeling BG

СМЕСЕН И СЛОЖЕН ТОПЛООБМЕН

Въпреки различната природа на лъчистия и конвективния топлообмен, в повечето случай те се проявяват заедно и не могат да се разгледат поотделно. Това налага с цел пълното описание на случаите на топлообмен в електротермичните устройства да се потърси формална аналогия в анализа на двата вида топлопренос. За улесняване на анализа се приема, че повърхнинните на конвективен и лъчист топлообмен съвпадат. Коефициентите на двата процеса се разглеждат като общ коефициент на смесено топлопренасяне.

Конвективно – лъчисто топлопренасяне през отвесна стена

Конвективно – лъчисто топлопренасяне през радиаторен отоплител – топлинна верига и заместваща схема

Заместващата топлинна схема на сложен топлообмен е сходна с тази представена при разглеждането на конвективния топлообмен като приетите означения за точки А,B,C,D са същите.

q_kl – топлинен поток на конвекция и лъчение

Топлинната схема на конвективно – лъчист топлопренос през отоплителен радиатор, представя две паралелно свързани топлинни съпротивления на конвекция (R_k) и лъчение (R_л).

S_л, S_k – повърхности на лъчист и конвективен топлообмен.

Rkl. – преходно контактно (външно) топлинно съпротивление.

Gkl. – топлинна проводимост за конвективно – лъчисто топлопренасяне

При тези допускания за топлинния поток може да се напише уравнението:

За случаите когато не може да се приеме, че повърхностите на двата процеса съвпадат няма как да се определи и общ коефициент a_kl. Това налага конвективния и лъчист топлообмен да бъдат разгледани поотделно.

Съгласно електротоплинната аналогия описанието се свежда до две паралелно съединени преходни контактни съпротивления R_l и R_k които могат да се заменят с едно еквивалентно съпротивление R_kl.

В електротехнологичните устройства топлопренасянето е винаги сложно т.е проявяват се и трита вида топлообмен, което прави изразяването на уравнения сложна задача. С цел улесняване на анализа е удобно да се разгледа частен случай – еднослойна стена с определени параметри и топлинно въздействие от едната страна. Формално може да се счита, че се разглежда трислойна стена при която t₁ » t_n и термичното напрежение q_R = t_n – t₀ е напълно известно.

Сложно топлопреминаване през еднослойна плоска стена

Сложно топлопреминаване през еднослойна цилиндрична стена

Еднослойна плоска стена:

Еднослойна цилиндрична стена:

По подобен начин могат да се изведат уравненията за сложното топлопренасяне през многослойна плоска и цилиндрична стена:

Сложно топлопреминаване през многослойна плоска стена

Сложно топлопреминаване през многослойна цилиндрична стена

Многослойна плоска стена:

Многослойна цилиндрична стена:

Physical Process Modeling BG