Основные понятия

Оребрение поверхностей для интенсификации теплообмена применяется в двигателях внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, при конструировании теплообменных аппаратов в теплоэнергетике и во многих других теплотехнических устройствах.

Рассмотрим случай охлаждения какой-либо поверхности омываемой её газом (жидкостью). Тепловой поток, отводимый жидкостью или воздухом oт поверхности в общем случае определяется выражением, Вт

,

где – средний коэффициент теплоотдачи для всей поверхности (среднеинтегральный), Bт/(м²K); – площадь поверхности, м²; среднеинтегральная температура поверхности, К; температура воздуха вдали от поверхности, К.

Часто требуется интенсифицировать теплоотдачу, не изменяя температурные уровни поверхности и охлаждающей жидкости или воздуха. В этом случае желательный эффект достигают обычно увеличением площади поверхности теплообмена или размещением на основной (несущей) поверхности ребристых элементов различной конфигурации.

Рассмотрим применительно к данной работе случай размещения прямолинейных ребер постоянной толщины на плоской несущей пластине, омываемой воздухом.

На рис. 8.1 приведена схема распределения температуры по такому ребру, из которой видно, что по высоте ребра температура уменьшается от значения у основания ребра до значения на вершине ребра вследствие отвода теплоты по всей его поверхности.

Рис. 8.1. Распределение температуры по ребру

Очевидно, что высота ребра h должна быть такой, чтобы существовала не нулевая разность между температурой вершины ребра и температурой омывающего ребро воздуха В противном случае конечная часть ребра не

будет “работать” в тепловом отношении, что приведет к бесполезному расходу металла.

Тепловой поток Ф, отводимый от оребренной поверхности омываемой воздухом, определяется из выражения:

, Вт ,

где – среднеинтегральное значение коэффициента теплоотдачи от оребренной поверхности к жидкости, Bт/(м²K); площадь оребренной поверхности теплообмена, м²; среднеинтегральная температура оребренной поверхности, К; температура воздуха, К. В практике расчетов возникает достаточно сложная задача определения величины , поэтому часто пользуются не вышеприведенной формулой, а ее модификацией:

(8.1)

В этой формуле величина равна

Она называется КПД оребрения и показывает, во сколько раз применение рёбер снижает температурный напор между несущей поверхностью и омывающей ее жидкостью; температура поверхности несущей .

КПД оребрения поверхности может быть также выражен формулой:

,

(8.2)

в которой – степень оребрения, равная отношению величины всей площади оребрения к площади несущей поверхности без ребер ;

– коэффициент эффективности ребра (КПД ребра), определяемый по формуле:

,

(8.3)

где температура ребра средняя в процессе опыта.

КПД ребра показывает, во сколько раз температурный напор между ребром и омываемого его воздухом меньше температурного напора между несущей поверхностью и воздухом.