Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности резервуара в окружающую среду

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности резервуара в окружающую среду определяет интенсивность суммарного теплообмена между стенкой емкости и атмосферным воздухом. Он складывается из коэффициентов конвективной теплоотдачи и теплоотдачи излучением. Итоговый коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности резервуара зависит от температуры стенки, скорости ветра, геометрических параметров и степени чернения поверхности. Точный расчет этого показателя необходим для определения тепловых потерь и подбора изоляции.

$\alpha = \alpha_{c} + \alpha_{r}$

Разбор по случаям

Примеры

Расчет вертикального резервуара без ветра. Дано: температура стенки резервуара $T_w = 323\text{ K}$ ($50^\circ\text{C}$), воздуха $T_a = 283\text{ K}$ ($10^\circ\text{C}$), степень чернения $\varepsilon = 0.9$. Разность температур составляет $\Delta T = 40\text{ K}$.

Конвективный коэффициент равен $\alpha_c = 1.16 \cdot 40^{0.25} \approx 2.92\text{ Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$.

Коэффициент излучения $\alpha_r \approx 5.62\text{ Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$.

Итоговый коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности резервуара равен $\alpha = 2.92 + 5.62 = 8.54\text{ Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$.

Учет воздействия ветра на горизонтальную емкость. Дано: температура стенки $40^\circ\text{C}$, воздуха $0^\circ\text{C}$, скорость ветра $w = 5\text{ м/с}$.

При вынужденной конвекции конвективная составляющая рассчитывается по формуле $\alpha_c = 5.3 + 3.6 \cdot 5 = 23.3\text{ Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$.

Лучистая составляющая составляет $\alpha_r = 4.8\text{ Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности резервуара равен $\alpha = 23.3 + 4.8 = 28.1\text{ Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$.

Ветровая нагрузка существенно увеличивает теплопотери.

Расчет теплоотдачи резервуара при слабом ветре. Рассматривается стальной вертикальный резервуар диаметром 5 м и высотой 8 м с температурой наружной стенки 45 °C. Температура окружающего атмосферного воздуха равна 5 °C, а скорость поперечного ветра составляет 1.2 м/с. В этих условиях одновременно проявляются естественная и вынужденная конвекции. Расчетный коэффициент естественного переноса равен $\alpha_{nat} = 3.8$ Вт/(м²·К), а обдува ветром — $\alpha_{forced} = 6.2$ Вт/(м²·К).

Объединенный конвективный коэффициент составляет $\alpha_{conv} = (3.8^3 + 6.2^3)^{1/3} = 6.65$ Вт/(м²·К).

С учетом степени чернения окрашенной стенки $\varepsilon = 0.90$ лучистый коэффициент равен $\alpha_{rad} = 5.15$ Вт/(м²·К).

Итоговый суммарный коэффициент теплоотдачи наружной поверхности в окружающую среду равен $\alpha_{sum} = 6.65 + 5.15 = 11.80$ Вт/(м²·К).

Частые ошибки

• Игнорирование радиационной составляющей теплообмена при расчете неизолированной емкости.
• Использование формул естественной конвекции при наличии сильного атмосферного ветра.
• Пренебрежение зависимостью степени чернения поверхности от типа лакокрасочного покрытия.

Коротко

Суммарный коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности резервуара в окружающую среду формируется под воздействием совместного влияния конвекции и теплового излучения. Правильный учет внешних климатических факторов и характеристик стенки позволяет точно определить тепловые потери емкости.