Основное уравнение теплоотдачи

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 34Следующая ⇒

Количество теплоты, передаваемой от горячего теплоносителя, прямо пропорционально площади теплопередающей поверхности F, действующей средней разности температур dt, продолжительности процесса Т и коэффициенту теплоотдачи α :

Коэффициент теплоотдачи α показывает, какое количество теплоты передаётся от горячего теплоносителя к холодному через 1 м2 поверхности при средней разности температур в 1 градус за 1 с:

Коэффициент теплоотдачи зависит от:

- скорости жидкости ω , её плотности ρ и вязкости µ , т.е. переменных определяющих режим течения жидкости,

- тепловых свойств жидкости (удельной теплоёмкости с_р, теплопроводности ), а также коэффициента объёмного расширения β ,

- геометрических параметров – формы и определяющих размеров стенки (для труб – их диаметр d и длина L), а также шероховатости ε стенки.

Вследствие сложной зависимости коэффициента теплоотдачи от большого числа факторов невозможно получить расчётное уравнение для α , пригодное для всех случаев теплоотдачи, поэтому для расчётов используют обобщённые (критериальные) уравнения для типовых случаев теплоотдачи.

Для определения коэффициента теплоотдачи необходимо знать температурный градиент жидкости у стенки, т.е. распределение температур в жидкости. Исходной зависимостью для обобщения опытных данных по теплоотдаче является общий закон распределения температур в жидкости, выражаемый дифференциальным уравнением конвективного теплообмена, которое носит название уравнение Фурье-Кирхгофа:

где [м²/сек]

где

λ - теплопроводность,

с – теплоёмкость,

ρ- плотность.

Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена или уравнение Фурье-Кирхгофа:

Коэффициент температуропроводности характеризует тепловую инерционность тела, т.е. сравнивает скорость распространения теплоты (температуры) в различных средах (при прочих равных условиях быстрее нагреется и охладится то тело, которое обладает большим коэффициентом температуропроводности).

Для твёрдых тел

Следовательно,

При установившемся процессе теплообмена

Лучистый теплообмен между газовым слоем и стенками газохода в поглощающей среде (эффективная степень черноты системы, поглощательная способность газового слоя, расчет теплообмена в лучевоспринимающих элементах ПГУ).

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Общие сведения о тепловом излучении

Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой или длиной волны, или числом колебаний в секунду. Если обозначить длину волны через К, а число колебаний через N, то для лучей всех видов скорость w в абсолютном вакууме будет равна w = λ-N = 300 000 км/сек.

В зависимости от длины волны X лучи обладают различными свойствами. Наименьшей длиной волны обладают космические лучи λ = 0,1 А ... 10 А (где А - ангстрем, единица длины, 1А = 10^{-7 мм).}Гамма-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, имеют длину волны до 10А; лучи Рентгена — А, - 10...200А; ультрафиолетовые лучи — λ = 200А ... 0,4 мк (мк — микрон, 1 мк — 0,001 мм); световые лучи — λ = 0,4...0,8 мк; инфракрасные, или тепловые, лучи — λ = 0,8...400 мк; радио или электромагнитные лучи — λ>400 мк. Из всех лучей наибольший интерес для теплопередачи представляют тепловые лучи с λ = 0,8...40 мк.

Лучеиспускание свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна 0°К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный лучистый теплообмен.

При температурном равновесии тел количество отдаваемой лучистой энергии будет равно количеству поглощаемой лучистой энергии. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен. Эти тела испускают лучи всех длин волн от малых до больших.

Спектр излучения газов имеет линейчатый характер. Газы испускают лучи не всех длин волн. Такое излучение называется селективным (избирательным). Излучение газов носит объемный характер.

Опыты Мелони показали, что в лучеиспускании твердого тела участвуют не только поверхностные частицы, но и весьма тонкий слой определенной толщины. Суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра называется интегральным, или полным, лучистым потоком (Q).

Интегральный лучистый поток излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется излучательной способностью тела и обозначается

где dQ — элементарный лучистый поток, испускаемый элементом поверхности dF.

Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать через себя падающие лучи от другого тела. Если обозначить общее количество лучистой энергии, падающей на тело, через Q, то часть энергии, равная А, поглотится телом, часть, равная R, отразится, а часть, равная D, пройдет сквозь тело. Отсюда

или

Величину А называют коэффициентом поглощения. Он представляет собой отношение поглощенной лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Величину R называют коэффициентом отражения. R есть отношение отраженной лучистой энергии ко всей падающей. Величину D называют коэффициентом проницаемости. D есть отношение прошедшей сквозь тело лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Для большинства твердых тел, практически не пропускающих сквозь себя лучистую энергию, А + R = 1.

Если поверхность поглощает все падающие на нее лучи, т. е. А = 1, R = 0 и D = 0, то такую поверхность называют абсолютно черной. Если поверхность отражает полностью все падающие на нее лучи, то такую поверхность называют абсолютно белой. При этом R = 1, А = 0, D = 0. Если тело абсолютно проницаемо для тепловых лучей, тo D = 1, R =0 и A =0. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее понятие о них является очень важным для сравнения с реальными поверхностями.

Кварц для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых прозрачен. Каменная соль прозрачна для тепловых и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей. Оконное стекло прозрачно для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых почти непрозрачно. Белая поверхность (ткань, краска) хорошо отражает лишь видимые лучи, а тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная. Таким образом, свойство тел поглощать или отражать тепловые лучи зависят в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета.

Если поверхность отражает лучи под тем же углом, под которым они падают на нее, то такую поверхность называют зеркальной. Если падающий луч при отражении расщепляется на множество лучей, идущих по всевозможным направлениям, то такое отражение называют диффузным (например, поверхность мела).

При исследовании лучистых потоков большое значение имеет распределение лучистой энергии, испускаемой абсолютно черным телом по отдельным длинам волн спектра. Каждой длине волны лучей при определенной температуре соответствует определенная интенсивность излучения I_sλ. Интенсивность излучения, или спектральная (монохроматическая) интенсивность, представляет собой плотность лучистого потока тела для длин волн от λ, до λ + dλ, отнесенная к рассматриваемому интервалу длин волн dλ:

(29-1)

где I_sλ — спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела.

Основной закон поглощения

Излучать и поглощать могут твердые, жидкие и газообразные реальные тела конечной толщины. Если на какое-либо тело надает луч интенсивностью I_λ₁, то этот луч частично поглощается и выходит с другой стороны тела с интенсивностью I_λ.₂, меньшей, чем I_λ₁. Коэффициент поглощения для луча сданной длиной волны определяется из уравнения

(а)

Опыты показывают, что падение интенсивности dI_λ. пропорционально начальной интенсивности I_λ.,, пути dx и зависит от свойств газа:

Знак «минус» в правой части указывает на убывание интенсивности. Коэффициент пропорциональности к, зависящий от физических свойств тела, температуры и длины волны, называется коэффициентом абсорбции, или коэффициентом поглощения вещества, для лучей с данной длиной волны; к имеет размерность 1/м. Разделяя переменные, получаем

Интегрируя данное уравнение в пределах от х=0 до х = s, находим

откуда при к=const

Следовательно, коэффициент поглощения

(29-2)

Полученное уравнение показывает, что А_λ зависит от коэффициента абсорбции к и толщины слоя тела s. При толщине s = 0 коэффициент А_λ — 0, т. е. поглощение происходит в слое вещества конечной толщины. Если s=оо, то Аλ = 1, т. е. слой большой толщины поглощает луч целиком, как абсолютно черное тело. На величину A_λ влияет также коэффициент абсорбции к. Если к велик, то поглощение происходит в тонком поверхностном слое. В связи с этим состояние поверхности тела оказывает большое влияние на его поглощательную и нзлучательную способность. Если к = О, то и A_λ, = 0.

(29-7)

Величину е называют степенью черноты. Она зависит от физических свойств тела. Степень черноты серых тел всегда меньше единицы.

Большинство реальных твердых тел с определенной степенью точности можно считать серыми телами, а их излучение — серым излучением.

Энергия интегральногоизлучения серого тела равна

но поэтому

(29-8)

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2080; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!