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:

• скорость движения, плотность и вязкость теплоносителя (переменные, определяющие режим течения);
• тепловые свойства (удельная теплоемкость, теплопроводность, коэффициент объемного расширения);
• геометрические параметры трубопроводов, теплообменников, конструкции запорной арматуры теплообменной системы (форма, размеры, а также шероховатость их внутренних стенок).

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.