Полный коэффициент теплообмена. Тепловое и термическое сопротивление.

Полный коэффициент теплообмена для стен или теплообменников может быть вычислен как:

1 / U A = 1 / h₁ A₁ + dx_w / k A + 1 / h₂ A₂         (1)

где

U = полный коэффициент теплообмена (Вт/м²К)

A = площадь поверхности теплообмена для каждой из сторон(м²)

k = теплопроводность материала (Вт/мК)

h = коэффициент теплообмена для каждого рабочей среды(Вт/м²К)

dx_w = толщина стенки (м)

Теплопроводность — k — для нескольких материалов: .

• ПП-Полипропилен — 0.12 Вт/мК
• Нержавеющая стальl — 21 Вт/мК
• Алюминий — 221 Вт/мК

Коэффициент  теплообмена — h — зависит от

• разновидности рабочей среды — газ или жикость
• свойств потока, таких как скорость, например
• другие температурные и поточные свойства

Коэффициент теплообмена для нескольких распространенных рабочих сред:

• Воздух — 10 to 100 Вт/м²К
• Вода — 500 to 10 000 Вт/м²К

Тепловое сопротивление (термическое)

Полный коэффициент теплообмена также может быть вычислен с помощью оценки теплового сопротивления (термического). Стена разбивается на зоны с разным тепловым (термическим)  сопротивлением, где

• теплообмен между 1й рабочей средой и стенкой описывается одним коэффициентом теплового (термического) сопротивления
• теплообмен через стенку описывается вторым коэффициентом
• обмен между стенкой и второй рабочей средой описывается третьим коэффициентом

Покрытие поверхности или слои сгоревших продуктов дают дополнительное тепловое (термическое) сопротивление стенке, снижая при этом полный коэффициент теплообмена.

Общая формула:

R_t=(T₂-T₁)/P

где:

• R_t — тепловое (термическое) сопротивление на участке тепловой цепи, K / Вт
• T₂ — температура начала участка, K
• T₁ — температура конца участка, K
• P — тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт

Пример — Теплообмен в теплообменнике

Плоский теплообменник передает тепло от рабочей среды A к рабочей среде B. Толщина тонкой стенки 0.1 мм и материал либо ПП-Полипропилен,либо алюминий либо нержавеющая сталь.

Рабочие тела А и В — воздух с коэффициентом теплообмена h_air = 50 Вт/м²К.

Полный коэффициент теплообмена U на единицу площади выражается как:

U = 1 / (1 / h_A + dx_w / k + 1 / h_B)         (1b)

Используя данные ниже можно посчитать полный коэффициент теплообмена для:

• ПП-Полипропилен : U = 24.5 Вт/м²К
• Сталь : U = 25.0 Вт/м²К
• Алюминий : U = 25.0 Вт/м²К