Коэффициент температуропроводности a .

 ;м²/с. Этот коэффициент характеризует теплоинерционные свойства веществ: при прочих равных условиях быстрее нагревается или охлаждается то тело, которое обладает большим коэффициентом температуропроводности. При решении конкретных задач дифференциальное уравнение дополняется начальными и граничными условиями.

4. Тепловое излучение. Лучеиспускательная способность тел. Закон кирхгофа. Теплообмен между телами излучением.

Если на поверхность тела попадает лучистая энергия в количестве Q , то в общем случае телом поглощается только часть её (Q_A) с последующим превращением в тепловую энергию. Часть лучистой энергии (Q_R)отражается от поверхности тела, а часть (Q_D) проходит сквозь него.

Q=Q_A+ Q_R+ Q_D;

1/Q=1/Q_A+ 1/Q_R+ 1/Q_D

При 1/Q_A =1 и соответственно 1/Q_R =0 и 1/Q_D =0 тело полностью

поглощает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно черными.

При 1/Q_R =1, 1/Q_A = 0 и 1/Q_D =0 тело отражает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно белыми.

При1/Q_D= 1, 1/Q_A =0 и 1/Q_R =0 тело пропускает все падающие лучи. Такие тела называются абсолютно прозрачными.

Тела, которые поглощают, отражают и пропускают ту или иную часть падающих на них лучей, называются серыми телами.

Закон Стефана-Больцмана. Количество тепла, излучаемого единицей поверхности тела в единицу времени, называется лучеиспускательной способностью тела:

Лучеиспускательную способность абсолютного черного тела записывается в форме:

Константа лучеиспускания АЧТ  Вт/(м²*К⁴).

Уравнение носит название закона Стефана -Больцмана, согласно которому лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности.

При проведении технических расчетов приведенную зависимость для удобства используют в несколько ином виде:

, где

 

C₀=K₀*10⁸ Вт/(м²*К⁴)-коэффициент лучеиспускания АЧТ.

Закон Стефана-Больцмана к серым телам:

 

, где

ε= C/C₀⁴- относительный коэффициент лучеиспускания, или степень черноты серого тела; С- коэффициент лучеиспускания серого тела.

Значение ε всегда всегда меньше единицы и колеблется в пределах от 0,055 для алюминия, до 0,95 для твердой резины. Для листовой углеродистой стали ε= 0.82 при температуре окружающей среды.

Закон Кирхгофа: отношение лучеиспускательной способности тела к их поглощательной способности для всех тел одинакова и равна лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от нее.

E/A=E₀

Теплообмен между телами излучения. Количество тепла, передаваемого излучением от более нагретого тела к менее нагретому, определяется:

 

формой, размерами и взаимным расположением поверхностей, участвующих в теплообмене; F₁=F₂=F- излучающая поверхность тел.

Значения коэффициента приводятся в специальной литературе. Если

одно тело находится внутри другого, то .

5. Конвективный теплообмен: понятия свободной и вынужденной конвекции, закон Ньютона-Рихмана, понятие коэффициента теплоотдачи.

Под конвективным теплообменом понимается процесс распространения

тепла в жидкости или газе от поверхности твердого тела или к его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности теплообмена к жидкости через пограничный слой за счет теплопроводности и от пограничного слоя в

массу (ядро) жидкости преимущественно конвекцией.

Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулизирован

движущийся поток жидкости или газа. Конвекция связана с переносом тепла

массой жидкости и зависит от гидродинамических условий течения.

Свободное движение жидкости (естественная конвекция) возникает вследствие разностей плотностей нагретых и холодных частей жидкости и

определяется ее физическими свойствами, объемом и разностью температур

нагретых и холодных частей.

Вынужденное движение теплоносителей осуществляется под воздействием насосов, компрессоров и определяется физическими свойствами, скоростью, формой и размерами каналов, в которых происходит их перемещение.

закон Ньютона-Рихмана. Основным законом теплоотдачи является закон Ньютона, согласно которому количество тепла, передаваемого от поверхности теплообмена теплоносителю (или от теплоносителя к теплообменной поверхности), прямо пропорционально поверхности теплообмена, разности температур поверхности и теплоносителя и времени, в течение которого осуществляется теплообмен:

понятие коэффициента теплоотдачи- какое количество тепла будет передано от стенки теплоносителю при разности температур в 1К с поверхности площадью 1м² за 1с.

Применительно поверхности теплообмена аппарата уравнение теплоотдачи примет вид:

- средний по теплообменной поверхности аппарата коэффициент теплоотдачи.

Вследствие сложной структуры потоков, особенно в условиях

турбулентного течения, величина коэффициента теплоотдачи представляет

собой функцию многих переменных, её определяющих:

режим течения жидкости (скорости, вязкости, плотности); тепловые свойства жидкости (теплоемкости, теплопроводности, коэффициента объемного расширения); геометрических параметров (формы и определяющих размеров, а также шероховатости стенки):

.

Вследствие сложной зависимости коэффициента теплоотдачи от

большого числа факторов невозможно получить уравнение для расчета

коэффициента теплоотдачи, пригодное для всех случаев теплоотдачи.

6. Подобие процессов теплообмена: критерии подобия, вид уравнения Нуссельта для вынужденной и свободной конвекции, поправки на длину и закрутку канала.

Безразмерный критерий  называется критерием Нуссельта.

Критерий Нуссельта показывает соотношение между теплообменом за счёт конвекции к теплообмену за счёт теплопроводности.

Критерий Фурье характеризует соотношение между скоростью изменения тепловых условий в окружающей среде и скоростью перестройки поля температуры внутри рассматриваемой системы (тела), , который зависит от размеров тела и коэффициента его температуропроводности:

 

 

Критерий Рейнольдса показывает соотношшение сил инерции к силам вязкости:

Критерий Прандтля характеризует подобие теплофизических величин в потоке жидкости:

Критерий Пекле является мерой отношения между теплом, переносимым конвекцией, и теплопроводностью при конвективном теплообмене:

В случаях, когда теплообмен происходит в результате естественной

конвекции, обусловленной разностью плотностей жидкости в различных

точках системы, процесс характеризуется значением критерия Архимеда:

Критерий Архимеда характеризует подобие режима течения при естественной конвекции.

Поскольку в тепловых процессах разность плотностей в различных точках системы обуславливается разностью температур нагретой и холодной жидкости, комплекс  в критерии Архимеда заменяется произведением  , в результате получают новый критерий, называемый критерием Грасгофа:

Критерий Грасгофа характеризует гидродинамический режим потока жидкости в условиях естественной конвекции, происходящей под влиянием разности плотностей нагретой и холодной жидкости.

Полученные числа подобия позволяют получить уравнение подобия конвективного переноса тепла:

При рассмотрении конкретных задач теплообмена уравнение может быть упрощено. При стационарном процессе исключается критерий Fo:

Если режим течения вынужденный, то можно пренебречь Gr:

 

В условиях естественной конвекции из уравнения исключается Re:

 

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:

 

В коротких каналах коэффициент теплоотдачи выше, чем в длинных.

Его величина снижается с увеличением от 1 до 50. Дальнейшее

увеличение  не приводит к снижению коэффициента теплоотдачи. Если

отношение  , в критериальное уравнение вводится коэффициент ,

численные значения которого меняются в пределах от 1 до 1,65 в

зависимости от  и критерия Рейнольдса.

При движении жидкости по изогнутой трубе или каналу с радиусом

кривизны R теплообмен гораздо интенсивнее, чем при движении по

прямому каналу. Увеличение интенсивности теплообмена в этом случае

учитывается поправочным коэффициентом:

Уравнение теплообмена примет вид:

 

7. Теплоотдача при изменении агрегатного состояния: особенности, диаграмма двухфазного состояния среды, критерий Кутателадзе.

Довольно часто в процессе теплообмена нагреваемые или охлаждаемые вещества изменяют агрегатное состояние: испаряются, конденсируются и

т.д. Особенности процессов теплообмена состоят в том, что тепло к ним подводится или отводится при постоянной температуре и распространяется

не в одной, а в двух фазах. Эти особенности могут быть учтены путем введения в уравнения подобия конвективного переноса тепла дополнительного критерия подобия, учитывающего теплоту изменения агрегатного состояния.

Этот критерий представляют в виде произведения двух безразмерных комплексов, причем в первом критерии температуру заменяют некоторой

разностью температур:

В этом равенстве критерий:

Этот безразмерный комплекс называют критерием Кутателадзе. Равенство этих критериев для различных систем характеризует подобие систем при изменении агрегатного состояния. Величина  представляет собой разность между температурой фазового превращения и температурой одной из фаз, а произведение  представляет собой теплоту перегрева или переохлаждения рассматриваемой зоны относительно температуры фазового превращения. Критерий Кутателадзе является мерой отношения тепла, идущего на изменение агрегатного состояния вещества, к теплоте перегрева или переохлаждения одной из фаз относительно температуры фазового превращения.

диаграмма двухфазного состояния среды(в лекции)

 

8. Сложный теплообмен: теплопередача, конвекция и излучение – понятия и уравнения.

В тепловых процессах в большинстве случаев распространение тепла осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым

излучением. Такой вид процесса, как было сказано выше, называется

сложным теплообменом.

 

---

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 37; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!