Конвективный теплообмен. Теплоотдача. Закон Ньютона – Рихмана

Конвективный теплообмен - перенос теплоты макрочастицами жидкости или газа, при перемещении в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой.

Конвективный теплообмен сопровождается массопереносом и теплопроводностью. Различают свободные и вынужденные конвекции.

Свободная конвекция – происходит в результате изменения плотности жидкости или газа при нагреве или охлаждении.

Вынужденная конвекция – осуществляется искусственным путем, то есть в результате работы механического нагнетателя (ветра, течения реки и т.д.)

Теплоотдача – теплообмен на поверхности тела, окруженной подвижной средой.

Закон:

Тепловой поток на поверхности тела окруженный подвижной средой пропорционален площади поверхности и разности температур поверхностей окружающей среды.

 

 

коэффициент пропорциональный коэффициенту теплоотдачи , характеризует интенсивность теплообмена на поверхности тела и численно равен плотности теплового потока на поверхности при разности .

 

 

Теплообмен излучением. Основные положения теории электромагнитного излучения

- перенос внутренней энергии, излучающего тела в пространстве электромагнитными волнами, возможен в вакууме.

В природе существуют электромагнитные излучения, отличающиеся длинной волны:

λ= 0,4 - 0,8 мкм – видимый свет;

λ= 0,4 - 800 мкм - тепловое излучение.

Твердые и жидкие тела имеют непрерывные спектры излучения. Газы - линейные спектры излучения.

Интенсивность излучения зависит от температуры излучающего тела. Излучательная способность пропорциональна температуре в четвертой степени. Температура излучающего тела влияет на качество излучения. Лучистая энергия падающая на тело, частично поглощается телом, частично отражается и частично проходит сквозь тело.

Поглощательная способность: А=Q_a/Q_o

Qa-энергия поглощаемая телом.

Qo- энергия падающая на тело.

Отражательная способность: R=Q_R /Q_o

QR –энергия отражаемая телом.

Пропускная способность: D=Q_D/Q_o

QD-энергия проходящая сквозь тело.

А+ R+ D=1.

А=1, R=D=0 – абсолютно черное тело.

R=1, A=D=0 – вся энергия отражена, тело зеркальное, абсолютно белое.

D=1, A=R=0 – прозрачное тело.

 

Основные законы теплового излучения: Планка, смещения Вина, Стефана- Больцмана, Ламберта, Кирхгофа

1)Закон Планка: определяет интенсивность изменения внутри замкнутой полости, стенки которой имеют постоянную температуру и находятся в тепловом равновесии с излучением. Мощность излучения в еденичном интервале частот определяется температурой (Т) абсолютно черного тела: , .

2)Закон смещения Вина: дает зависимость , на которой поток излучения энергии черного тела достигает своего максимума, от температуры черного тела.

Т – температура; - длина волны с максимальной интенсивностью; – коэффициент, константа Вина, в СИ равен 0,002898 .

3)Закон Стефана - Больцмана: излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна температуре в четвертой степени:

излучательная способность; С₀ – поглощающая способность; температура.

Серое тело – это тело, имеющее непрерывный спектр излучения и отношение элективной интенсивности излучения серого тела к селективной интенсивности излучения абсолютно черного тела, для всех длин волн и температур величина постоянная:

степень черноты; коэффициент излучения серого тела.

4)Закон Ламберта: физический закон, согласно которому яркость L рассеивающий свет (диффузной) поверхности одинакова во всех направлениях. Светимость L и яркость M прямо пропорциональны.

Переходя к энергетическим величинам: количество лучистой энергии, излучаемое элементом поверхности , в направлении элемента , пропорционально произведению количества энергии, изучаемой по нормали, на величину пространственного угла и , составленного направлением излучения с нормалью: .

(рисунок, если будем успевать, а так не надо).

 

5)Закон Кирхгофа: отношение излучающей способности тела к его поглощающей способности, равно излучающей способности абсолютно черного тела при данной температуре: .

Следствие: