Теплоотдача водяного теплого пола 1м2
Cover_print_c корешком
%PDF-1.7 % 69 0 obj > stream Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)2020-01-13T13:37:35+03:002020-01-13T13:37:34+04:002020-01-13T13:37:35+03:00application/pdf
Общий коэффициент теплопередачи для жидкостей
Общий коэффициент теплопередачи используется для расчета общей теплопередачи через стену или конструкцию теплообменника. Общий коэффициент теплопередачи зависит от жидкостей и их свойств с обеих сторон стены, свойств стены и поверхности передачи.
Для практически неподвижных жидкостей - средние значения общего коэффициента теплопередачи через различные комбинации жидкостей с обеих сторон стены и типа стены - указаны в таблице ниже:
| Жидкость | Материал на поверхности передачи | Жидкость | Общий коэффициент теплопередачи - U - | |
|---|---|---|---|---|
| (БТЕ / (футы 2 часов o F)) | (Вт / (м 2 K)) | |||
| Вода | Чугун | Воздух или газ | 1.4 | 7,9 |
| Вода | Мягкая сталь | Воздух или газ | 2,0 | 11,3 |
| Вода | Медь | Воздух или газ | 2,3 | 13,1 |
| Вода | Чугун | Вода | 40-50 | 230-280 |
| Вода | Мягкая сталь | Вода | 60-70 | 340-400 |
| Вода | Медь | Вода | 60-80 | 340-455 |
| Воздух | Чугун | Воздух | 1.0 | 5,7 |
| Воздух | Мягкая сталь | Воздух | 1,4 | 7,9 |
| Пар | Чугун | Воздух | 2,0 | 11,3 |
| Пар | Мягкая сталь | Воздух | 2,5 | 14,2 |
| Пар | Медь | Воздух | 3,0 | 17 |
| Пар | Чугун | Вода | 160 | 910 |
| Пар | Мягкая сталь | Вода | 185 | 1050 |
| Пар | Медь | Вода | 205 | 1160 |
| Пар | Нержавеющая сталь | Вода | 120 | 680 |
Обратите внимание, что эти коэффициенты верны. у грубый.Они зависят от скорости жидкости, вязкости, состояния поверхностей нагрева, величины перепада температур и т. Д. Для точных расчетов - всегда проверяйте производственные данные.
Пример - теплообменник вода-воздух из меди
Приблизительная оценка удельной теплопередачи в медном теплообменнике с водой (средняя температура 80 o ° C ) с одной стороны и воздухом (средняя температура 20 o C ) с другой стороны - где общий коэффициент теплопередачи U равен 13.1 Вт / (м 2 K) - можно рассчитать как
q = (13,1 Вт / (м 2 K)) ((80 o C) - (20 o C))
= 786 Вт / м 2
≈ 750-800 Вт / м 2
.Общий коэффициент теплопередачи
Теплопередача через поверхность, например стену, может быть рассчитана как
q = UA dT (1)
, где
q = теплопередача (Вт (Дж / с), БТЕ / ч)
U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 ч o F) )
A = площадь стены (м 2 , фут 2 )
dT = (t 1 - t 2 )
= разница температур по стене ( o C, o F)
Общий коэффициент теплопередачи для многослойной стены, трубы или теплообменника - с потоком жидкости с каждой стороны стены - можно рассчитать как
9 0002 Плоская стена с равной площадью во всех слоях - можно упростить до1 / UA = 1 / ч ci A i + Σ (s 9004 5 n / k n A n ) + 1 / h co A o (2)
где
U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 ч o F) )
k n = теплопроводность материала в слое n (Вт / (м · K), БТЕ / (час · фут · ° F) )
h ci, o = внутренняя или внешняя стенка индивидуальная жидкость конвекция коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), Btu / (фут 2 h o F) )
s n = толщина слоя n ( м, футы)
1 / U = 1 / h ci + Σ (s n / k n ) + 1 / h co (3)
Теплопроводность - k - для некоторых типичных материалов (проводимость не зависит от температуры)
- Полипропилен PP: 0.1 - 0,22 Вт / (м · К)
- Нержавеющая сталь: 16 - 24 Вт / (м · К)
- Алюминий: 205 - 250 Вт / (м · К)
Преобразовать между Метрические и британские единицы
- 1 Вт / (м · К) = 0,5779 БТЕ / (фут · ч o F)
- 1 Вт / (м 2 K) = 0,85984 ккал / (hm 2 o C) = 0,1761 Btu / (ft 2 h o F)
Коэффициент конвективной теплопередачи - h - зависит от
- тип жидкости - газ или жидкость
- свойства потока, такие как скорость
- другие свойства, зависящие от потока и температуры
Коэффициент конвективной теплопередачи для некоторых распространенных жидкостей:
- Воздух - от 10 до 100 Вт / м 2 K
- Вода - 500 до 10 000 Вт / м 2 K
Многослойные стены - Калькулятор теплопередачи
Этот калькулятор можно использовать для расчета общего коэффициента теплопередачи и теплопередачи через многослойную стену.Калькулятор является универсальным и может использоваться для метрических или британских единиц при условии, что единицы используются последовательно.
A - площадь (м 2 , футы 2 )
t 1 - температура 1 ( o C, o F)
t 2 - температура 2 ( o C, o F)
h ci - коэффициент конвективной теплоотдачи внутри стенки (Вт / (м 2 K), БТЕ / ( футов 2 ч o F) )
с 1 - толщина 1 (м, фут) k 1 - теплопроводность 1 (Вт / (м K) , БТЕ / (ч · фут · ° F)
)
с 2 - толщина 2 (м, фут) k 2 - теплопроводность 2 (Вт / (м · К), Британские тепловые единицы / (час фут ° F) )
с 3 - толщина 3 (м, фут) k 3 - теплопроводность 3 (Вт / (м · K), БТЕ / (ч · фут · ° F) )
h co - коэффициент конвективной теплопередачи снаружи стены ( Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 h o F) )
Тепловое сопротивление теплопередачи
Сопротивление теплопередачи банка быть выражено как
R = 1 / U (4)
где
R = сопротивление теплопередаче (м 2 K / W, ft 2 h ° F / BTU)
Стена разделена на участки термического сопротивления, где
- теплопередача между жидкостью и стеной - это одно сопротивление
- сама стена является одним сопротивлением
- передача между стеной и t Вторая жидкость - это тепловое сопротивление.
Поверхностные покрытия или слои «обожженного» продукта добавляют дополнительное тепловое сопротивление стенкам, снижая общий коэффициент теплопередачи.
Некоторые типичные сопротивления теплопередаче
- статический слой воздуха, 40 мм (1,57 дюйма) : R = 0,18 м 2 K / Вт
- внутреннее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,13 м 2 K / W
- внешнее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,04 м 2 K / W
- внутреннее сопротивление теплопередаче, тепловой ток снизу вверх: R = 0,10 м 2 K / W
- внешнее сопротивление теплопередаче, тепловой ток сверху вниз: R = 0.17 м 2 K / W
Пример - теплопередача в теплообменнике воздух-воздух
Пластинчатый теплообменник воздух-воздух площадью 2 м 2 и толщиной стенки 0,1 мм может быть изготовлен в полипропилен PP, алюминий или нержавеющая сталь.
Коэффициент конвекции тепла для воздуха составляет 50 Вт / м 2 K . Температура внутри теплообменника 100 o C , а наружная температура 20 o C .
Общий коэффициент теплопередачи U на единицу площади можно рассчитать, изменив (3) на
U = 1 / (1 / h ci + s / k + 1 / h co ) (3b)
Общий коэффициент теплопередачи для теплообменника из полипропилена
- с теплопроводностью 0,1 Вт / мК составляет
U PP = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K ) + ( 0.1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 0,1 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )
= 24,4 Вт / м 2 K
Теплопередача
q = ( 24,4 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) - (2 0 o C ))
= 3904 W
= 3.9 кВт
- нержавеющая сталь с теплопроводностью 16 Вт / м · К :
U SS = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K ) + ( 0,1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 16 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )
= 25 Вт / м 2 K
Теплопередача
q = ( 25 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) - (2 0 o C ))
= 4000 Вт
= 4 кВт
- алюминий с теплопроводностью 205 Вт / мK :
U Al = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K 90 077) + ( 0.1 мм ) (10 -3 м / мм) / (205 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )
= 25 Вт / м 2 K
Теплопередача
q = ( 25 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) - (2 0 o C ))
= 4000 Вт
= 4 кВт
- 1 Вт / (м 2 К) = 0.85984 ккал / (hm 2 o C) = 0,1761 Btu / (ft 2 h o F)
Типичный общий коэффициент теплопередачи
- Газ свободной конвекции - газ свободной конвекции: U = 1-2 Вт / м 2 K (стандартное окно, воздух из помещения через стекло)
- Газ без конвекции - принудительная жидкая (проточная) вода: U = 5-15 Вт / м 2 K (типовые радиаторы центрального отопления)
- Свободная конвекция газа - конденсирующийся пар Вода: U = 5-20 Вт / м 2 K (типовые паровые радиаторы)
- Принудительная конвекция (проточная) Газ - Свободная конвекция газ: U = 3-10 Вт / м 2 K (пароперегреватели)
- Принудительная конвекция (проточный) Газ - Принудительная конвекция Газ: U = 10-30 Вт / м 2 K (газы теплообменника)
- Принудительная конвекция (проточный) газ - Принудительная жидкая (проточная) вода: U = 10-50 Вт / м 2 9 0022 K (газовые охладители)
- Принудительная конвекция (проточный) Газ - конденсирующийся пар Вода: U = 10-50 Вт / м 2 K (воздухонагреватели)
- Безжидкостная конвекция - принудительная конвекция Газ: U = 10-50 Вт / м 2 K (газовый котел)
- Жидкостная конвекция - свободная конвекция Жидкость: U = 25-500 Вт / м 2 K (масляная баня для отопления)
- Без жидкости Конвекция - принудительный ток жидкости (вода): U = 50 - 100 Вт / м 2 K (нагревательный змеевик в воде в резервуаре, вода без рулевого управления), 500-2000 Вт / м 2 K (нагревательный змеевик в резервуарной воде) , вода с рулевым управлением)
- Конвекция без жидкости - Конденсирующийся пар воды: U = 300 - 1000 Вт / м 2 K (паровые рубашки вокруг сосудов с мешалками, вода), 150 - 500 Вт / м 2 K (другие жидкости)
- Принудительная жидкость (текущая) вода - газ свободной конвекции: U = 10-40 Вт / м 2 K (горючий камера + излучение)
- Принудительная жидкость (текущая) вода - Свободная конвекционная жидкость: U = 500 - 1500 Вт / м 2 K (охлаждающий змеевик - перемешиваемый)
- Принудительная жидкость (текущая) вода - Принудительная жидкость (проточная вода): U = 900 - 2500 Вт / м 2 K (теплообменник вода / вода)
- Принудительная жидкая (проточная) вода - Конденсирующий пар водяной: U = 1000 - 4000 Вт / м 2 K (конденсаторы водяного пара)
- Кипящая жидкая вода - свободный конвекционный газ: U = 10-40 Вт / м 2 K (паровой котел + излучение)
- Кипящая жидкая вода - принудительное течение жидкости (вода) : U = 300 - 1000 Вт / м 2 K (испарение холодильников или охладителей рассола)
- Кипящая жидкая вода - Конденсирующий пар воды: U = 1500 - 6000 Вт / м 2 K (испарители пар / вода)
Конвективная теплопередача
Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами - известна как конвекция .
На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.
Конвективная теплопередача может быть
- принудительной или вспомогательной конвекцией
- естественной или свободной конвекцией
принудительной или вспомогательной конвекцией
принудительной конвекцией, когда поток жидкости индуцируется внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.
Естественная или свободная конвекция
Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое заставит жидкость подниматься и заменяться более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.
Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.
- Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как закон охлаждения Ньютона .
Уравнение конвекции может быть выражено как:
q = h c A dT (1)
, где
q = теплопередача за единицу времени (Вт, БТЕ / ч)
A = площадь теплопередачи поверхности (м 2 , футы 2 )
h c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м 2o C, Btu / (фут 2 h o F) )
dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( o C, F)
Коэффициенты теплопередачи - единицы
Коэффициенты конвективной теплопередачи
Коэффициенты конвективной теплопередачи - ч c - в зависимости от t тип среды, будь то газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.
Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:
- Свободная конвекция - воздух, газы и сухие пары: 0,5 - 1000 (Вт / (м 2 K))
- Свободная конвекция - вода и жидкости: 50 - 3000 (Вт / (м 2 K))
- Принудительная конвекция - воздух, газы и сухие пары: 10 - 1000 (Вт / (м 2 K))
- Принудительная конвекция - вода и жидкости: 50 - 10000 (Вт / (м 2 K))
- Принудительная конвекция - жидкие металлы: 5000 - 40000 (Вт / (м 2 K))
- Кипящая вода: 3.000 - 100,000 (Вт / (м 2 K))
- Водяной пар конденсата: 5.000 - 100,000 (Вт / (м 2 K))
Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха
Коэффициент конвективной теплопередачи для потока воздуха может быть приблизительно равен
ч c = 10,45 - v + 10 v 1/2 (2)
где
h c = коэффициент теплопередачи (кКал / м 2 ч ° C)
v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)
Начиная с
1 ккал / м 2 ч ° С = 1.16 Вт / м 2 ° C
- (2) можно изменить на
ч cW = 12,12 - 1,16 v + 11,6 v 1/2 (2b)
где
ч cW = коэффициент теплопередачи (Вт / м 2 ° C )
Примечание! - это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .
Пример - конвективная теплопередача
Жидкость течет по плоской поверхности 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 o C , температура жидкости 20 o C и коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м 2o С . Конвективную теплопередачу между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как
q = (2000 Вт / (м 2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 o C) - (20 o C))
= 60000 (Вт)
= 60 (кВт)
Калькулятор конвективной теплопередачи
Таблица конвективной теплопередачи
Погружные змеевики - коэффициенты теплопередачи
Общие коэффициенты теплопередачи для паровых змеевиков среднего давления, змеевиков или труб с горячей водой, погруженных в масло или жир:
| Тип змеевика | Коэффициент теплопередачи - U - | |
|---|---|---|
| (Вт / м 2 o C) | (БТЕ / час фут 2 o F) | |
| Пар в водные растворы, с перемешиванием | 800-1200 | 140-210 |
| Пар в водные растворы, естественная конвекция | 340-570 | 60-100 |
| Пар в легкое масло, естественная конвекция | 170 | 30 |
| Пар в тяжелую нефть, естественная конвекция | 85 - 115 | 15-20 |
| Пар в тяжелую нефть, с перемешиванием | 9 0037 140-31025-55 | |
| Пар в жир, естественная конвекция | 30-60 | 5-10 |
| Пар в органические вещества, перемешанный | 510-800 | 90-140 |
| Горячая вода в масло, естественная конвекция | 34-140 | 6-25 |
| Горячая вода в воду, естественная конвекция | 200-370 | 35-65 |
| Горячая вода в воду, с перемешиванием | 480-850 | 90-150 |
| Масло-теплоноситель для органических веществ, перемешанное | 140-280 | 25-50 |
| Солевой раствор в воду, перемешанный | 280-630 | 50 - 110 |
| Охлаждающая вода в глицерин, перемешиваемый | 280-430 | 50-75 |
Пример - теплопередача от парового змеевика
A 50 мм паровой змеевик с внешним диаметром 60.3 мм (0,0603 м) и длиной 10 м при 1 бар абсолютное давление и температура пара 120 o C погружается в масляную ванну с температурой 50 o C .
Площадь поверхности змеевика может быть рассчитана умножением длины окружности трубы на длину трубы как
A = π (0,0603 м) (10 м)
= 1,89 м 2
Из таблицы выше коэффициент теплопередачи составляет 170 Вт / м 2 o C для «Пар - легкая нефть, естественная конвекция».Теплопередача может быть рассчитана как
Q = (1,89 м 2 ) ((120 o C) - (50 o C)) (170 Вт / м 2 o C)
= 22491 Вт
.
