Взаимное излучение 2х твердых тел

Количество тепла Q, передаваемого посредством излучения от более нагретого твердого тела, к менее нагретому телу определяется по уравнению: (общее уравнение теплопередачи излучением)

,                                                               (**)

- коэффициент взаимного излучения

F – поверхность излучения

С₁ = С_Ч*e₁, С₂ = С_Ч*e₂ – где e - степени черноты поверхности (зависят от материала)

j - безразмерный угловой коэффициент, который определяется формой и размерами участвующих в теплообмене поверхностей, их взаимным расположением в пространстве и расстоянием между ними (справочная величина), если тело, излучающее тепло, заключено внутри другого (например, нагретый аппарат находится внутри помещения) то j=1

В этом случае коэффициент взаимного излучения выражается уравнением:

 – коэффициент взаимного излучения, зависящий от степени черноты излучающих поверхностей и их взаимного расположения

В выражении все члены с индексом 1 относятся к более нагретому телу, расположенному внутри другого, а члены с индексом 2 – к телу, поверхность которого окружает первое тело.

Если излучающие поверхности равны и параллельны, то коэффициент взаимного излучения определяют, подставляя в него

Если поверхность излучения более нагретого тела значительно меньше замкнутой вокруг него поверхности излучения другого тела, т.е. , то вычитаемым в знаменателе можно пренебречь и тогда  (т.е. равно коэф. более нагретого тела)

       Для того чтобы ослабить лучистый теплообмен между телами или организовать защиту от вредного влияния сильного излучения, используют перегородки- экраны, изготовленные из хорошо отражающих лучи материалов. Экраны располагают между поверхностями обменивающихся лучистой энергией тел. Использование экранирования позволяет весьма эффективно снизить количество тепла, передаваемого менее нагретой поверхности путем излучения.

Таким образом, уравнение (**) дает возможность решать задачи связанные с распространением тепла в теле путем взаимного излучения двух твердых тел как при стационарном, так и при нестационарном тепловом режиме. При решении конкретных задач уравнения дополняются соответствующими начальными и граничными условиями.

1. Основные принципы подбора материалов и оборудования.

1) Черный цвет притягивает тепловое излучение лучше, чем белый. Но есть и обратная зависимость, т.е. черный цвет и излучает больше тепла, нежели белый. Поэтому все радиаторы на задней стенке холодильников медные, но покрашены в черный цвет. Хуже всего поглощает и излучает тепло зеркальная поверхность. Примером может послужить опыт с кубом Лесли. Он сделан из листового металла, то есть полый внутри. Одна грань куба выкрашена черной краской, вторая – белой краской, а третья – отполирована до зеркального блеска. Внутрь куба наливают кипяток. Поднося ладонь на равное расстояние к различным граням, нетрудно заметить, что черная грань сильно излучает тепло, а белая и зеркальная грани – гораздо слабее.

2) Конвекция же бывает двух видов - естественная и принудительная. Естественная конвекция окружает нас практически повсюду. Образование облаков, движение литосферных плит, обогрев помещения отоплением.

Если движение жидкости обусловлено действием некоторого внешнего побудителя (насоса, вентилятора, компрессора и т.п.), то такое движение называют вынужденным, а происходящий при этом процесс К. т. — вынужденной конвекцией. Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной. Поэтому принудительная конвекция также зависит от состояния гидродинамического потока (через коэф-нт теплоотдачи альфа)

В связи с тем, что в процессах К. т. важную роль играет конвективный перенос, эти процессы должны в значительной мере зависеть от характера движения жидкости, то есть от значения и направления скорости среды, от распределения скоростей в потоке, от режима движения жидкости (ламинарное течение либо турбулентное). При больших (сверхзвуковых) скоростях движения газа на процессы К. т. начинает влиять распределение давления в потоке.

(ламинарное движение, естественная конвекция)

Индекс «ж» означает, что свойства среды, входящие в критерии подобия Re, Pr и Gr берутся при средней температуре жидкости.

Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки.

εL – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине трубы или канала. Его можно определить с помощью таблиц

При значении GrPr<8·10^5, влияние естественной конвекции на теплоотдачу жидкости пренебрежительно мало, и расчет коэффициента теплоотдачи можно проводить по следующему критериальному уравнению:

d – эквивалентный диаметр канала, м;

L – длина трубы (канала), м.

Как говорилось ранее Соней, при естественной конвекции исключается критерий Рейнольдса, а при принудительной - критерий Грасгофа. Обусловлено это тем, что при естественной конвекции нельзя пренебрегать действием гравитационных сил, которые учитываются при расчете критерия Грасгофа, характеризующий соотношение сил вязкого трения и подъемной силы, описывает режим свободного движения теплоносителя. При принудительной же конвекции главную роль выполняет критерий Рейнольдса:

И через формулу  выразив альфа находим альфа конвекции.

3) Оборудование необходимо подбирать такое, для которого определены критериальные уравнения. Мы запросто можем собрать установку которую невозможно будет рассчитать.

А для этого требуется:

¾ Подобные процессы должны быть качественно одинаковыми, т. е. они должны иметь одинаковую физическую природу и описываться одинаковыми по форме записи дифференциальными уравнениями.

¾ Условия однозначности подобных процессов должны быть одинаковы во всем, кроме численных значений постоянных, содержащихся в этих условиях.

¾ Одноименные определяющие критерии подобных процессов должны иметь одинаковую численную величину.