Закон Ньютона - Рихмана

Основной закон теплоотдачи – закон Ньютона - Рихмана. Тепловой поток Q, передаваемый теплоотдачей прямо пропорционален разности температур между жидкостью t_ж и поверхностью твердого тела t_c и площади поверхности твердого тела F:

Q = a× (t_ж – t_c)×F, или Q = a× (t_c – t_ж )×F, (1)

где a – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м².К).

Для плотности теплового потока закон Ньютона – Рихмана принимает вид:

q = = a× (t_ж – t_c), или q = a× (t_c – t_ж ). (2)

Индексы «с» и «ж» соответствуют поверхности твердого тела и жидкости (газа).

Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность теплообмена на границе твердое тело – жидкость. Физический смысл коэффициента теплоотдачи – количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу площади поверхности при разности температур жидкости и поверхности твердого тела в один градус (1 К или 1 ^оС).

Величина обратная коэффициенту теплоотдачи называется термическим сопротивлением передачи теплоты теплоотдачей.

Теплообмен на границе твердое тело – жидкость описывается граничными условиями III рода или дифференциальным уравнением теплоотдачи:

– l× = a× (t_c – t_ж ), (3)

где l – коэффициент теплопроводности текучей среды в пограничном слое.

Коэффициент теплоотдачи зависит от большого числа параметров и не является постоянной величиной. Различают средний и местный коэффициент теплоотдачи. Значения среднего коэффициента теплоотдачи a определяются при усреднении температур стенки поверхности твердого тела и потока жидкости:

a = . (4)

Значения местного коэффициента теплоотдачи a _х определяются в конкретных сечениях потока:

a _х = , (5)

где q_х – плотность теплового потока от поверхности твердого тела к потоку жидкости в заданном сечении х; t_с,х , t_ж,х – температуры стенки и жидкости в заданном сечении.

Значения коэффициента теплоотдачи определяются опытным и расчетным способами. Обычно значения коэффициента теплоотдачи определяются расчетным способом из уравнений подобия конвективного теплообмена. В расчетных уравнениях конвективного теплообмена наибольшее применение получили следующие безразмерные комплексы (критерии или числа) подобия: Нуссельта Nu, Рейнольдса Re, Прандтля Pr и Грасгофа Gr.