Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Так, например, если конденсация паров воды в большинстве случаев имеет пленочный характер, то в смеси с парами бензола она становится капельной. Конденсация же паров бензола в том и другом случае сохраняет пленочный характер. Такое своеобразие протекания процесса приводит к новым зависимостям для теплоотдачи 1!07). !гзи в ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 156 Пример 22. Определить, какое количество сухого насыщенного водяного пара может сконденсироваться на вертцкальной трубке диаметром и = 40 мм и высотой Н.=! м при атмосферном давлении, если средняя температура поверхности г,„ = 60'С? Согласно Условно г = !ОО' С, хм = 05.(100+60)=80'С и а!= =100 — 60=40' С.
По этим температурам иэ табл. 47 или фиг. 84 находим значения вспомогательных расчетных величин: при г,=100' С 1) г=4,82 н при г =80ьС Ь=2070. Дальнейший расчет производится по формуле !2!): сЬ| г' 1,15 2070.4,82 !1500 — — — 4 600 ккал)мтчас 'С. )унйг ТГ! 40 Так как поверхность трубки Г= яг!Н= 3, !4 0,04 1 = 0,125 мг, то через всю поверхность будет передано тепла О=враг=4600 0,125.40=21000 ккал)час.
Разделив это количество тепла на теплоту парообраэования (г= 540 ггкалдгг), получим количество образовавшегося конденсата О 23 000 О=„-= =42,6 кг/час. Теплотой переохлаждения конденсата здесь пренебрегаем. В случае же горизонтального расположения трубы при тех же условиях имегм: сЬ)г4 0,72 2 070 4,82 7 200 а: ' ': = — = 6 450 акал)мэчас оС, )/ Фа! у'0,04 40 1,12 О = б 450 О, 125 40 = 32 300 ккал,'час 32 300 ы= 540 — — 60 кг/час.
При горизонтальном положении трубы будет сконденсировано в 1,4 раза больше пара, чем при вертикальном. ГЛАВА ШЕСТАЯ ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 19. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Лучистая энергия является результатом сложных внутриатомиых возмущений и возникает за счет энергии других видов, в осноином, тепловой. Поэтому при нагревании тела часть тепловой энергии неизбежно превращается н лучистую. Так как первопричиной внутриатомных возмущений при этом является температура тела, то и количество возникающей лучистой энергии определяется температурой и только от нее и зависит, й!91 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 187 Носителем лучистой энергии являются электромагнитные колебания с длиной волны ' от долей микрона до многих километров. Нам они известны под названием рентгеновских, ультрафиолетовых, видимых — световых, инфракрасных лучей и электромагнитных волн. Свойства этих лучей различны.
Для нас наибольший интерес представляют те лучи, которые поглощаются телами и при поглощении их энергия снова переходит в тепловую. В наибольшей мере такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, т. е. лучи с длиной волны приблизительно от 0,4 до 40 р. Эти лучи мы и называем тепловыми, а процесс их распространения тепловым излучением или лучеиспусканием. Так как природа тепловых и видимых — световых лучей одна и та же, то их физические свойства в основном также одинаковы. Разница между ними лишь в длине волны; видимые лунц имеют длину волны 0,4 †, 0,8 р, а тепловые— 0,8 —: 40 р. Законы распространения, отражения и преломления, установленные для видимых лучей, справедливы и для тепловых.
Поэтому, чтобы лучше себе представить какие-либо сложные явления теплового излучения, всегда закономерно проводить аналогию со световым излучением, которое нам больше известно и доступно непосредственному наблюдению. Лучеиспускание свойственно всем телам и каждое из них излучает энергию непрерывно. При попадании на другие тела эта энергия частью поглощаетсн, частью отражается и частью проходит сквозь тело. Та часть лучистой энергии, которая поглощается телом, снова превращается в тепловую.
Та часть энергии, которая отражается, попадает на другие (окружающие) тела и ими поглощается. То же самое происходит и с той частью, энергии, которая проходит сквозь тело. Таким образом после ряда поглощений излучаемая энергия полностью распределяется между окружающими телами. Следовательно, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает лучистую энергию. В результате этих явлений, связанных с двойным взаимным превращением энергии (тепловая — лучистая — тепловая) и осуществляется процесс лучистого теплообмена.
Количество отдаваемого или воспринимаемого тепла определяется разностью между количествами излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергии. Такая разность отлична от нуля, если температура тел, участвующих во взаимном обмене лучистой энергией, различна. ! Напомним, что длина волны колебаний определяется иа соотношения: с = т), тле с — скорость распространения колебаний (в пустоте с=а !Оа км)сск), т — число колебаний я секунду и 1 — длина волны. [ 1'а. В ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУ ЧЕ ИИ Е 1 58 При одинаковой температуре этих тел вся система находится в подвижном тепловом равновесии.
Но и в этом случае все тела системы также излучают и поглощают, только для каждого из них приход лучистой чп энергии равен ее расходу. За единицу лучистой энергии принимается количество ее, эквивагентное одной большой калории. Энергия Я, излучаемая телом в единицу времени, выражается в икал[час. Количество энергии, излучаемое единицей поверх[тв ности в единицу времени, называется излучательной или лучеиспускательделения падаюптей лучи- ной способностью тела и обозначает- стой энергии. ся обычно буквой Е; следовательно, Е=-- ккал!манас. г" Пусть из всего количества энергии [,го, падающей на тело, часть ьгл поглощается, [,1 отражается и Яо проходит сквозь тело (фиг.
87), так что [~А+'гя+ [го = 90 (а) Деля обе части равенства (а) на Яо, получим: ггл 1гя 1',1о —, +--,+ —,=1. а Оа гу (Ь) Первый член соотношения (Ь) характеризует собой поглощательную способность тела А, второй — отражательную способность )т' и третий — пропускательную способность Р. Следовательно, А+гс+Р= !. (с) 1 Правильным называется такое отражение, которое следует законам геометрической оптики.
Эти величины имеют нулевую размерность и изменяются лишь в пределах от О до 1. Если А=1, то гс=О и Р=О; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью поглощается телом. Такие тела называются абсолютно черными, или просто черными. Если Й= 1, то А =О и Р =О; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью отражается. При этом, если отражение правильное ', тела называются зеркальными; если же бтражеиие диффузное,— абсолютно белыми.
й ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕЛЕЛЕНИЯ 159 Если е)= 1, то А = О и Рс =О; это означает, что вся падающая энергия полностью проходит сквозь тело. Такие тела называются абсолютно ироиииаемыми (прозрачными) или диатермичиыми. Абсолютно черных, белых и прозрачных тел в природе нет; в применении к реальным телам эти понятия условны. Значения А, )с и й зависят от природы тела, еготемпературы и длины волны излучения. Воздух, например, для тепловых лучей прозрачен, но при наличии в воздухе водяных паров или углекислоты он становится полупрозрачным.
Твердые тела и жидкости для тепловых лучей практически непрозрачны (атермичны), т. е. В=О; в этом случае А+Я=1. Из соотношения (И) следует, что если тело хорошо отражает лучистую энергию, то оно плохо поглощает, и наоборот. Вместе с этим имеются тела, которые прозрачны лишь для определенных длин волн. Так, например, кварц для тепловых лучей (1 ) 41 ) непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых лучей прозрачен. Каменная соль, наоборот, прозрачна для тепловых и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей.
Оконное стекло прозрачно только для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых оно почти не прозрачно, Точно так же обстоит дело и с понятиями поглощения и отражения. Белая поверхность хорошо отражает лишь видимые (солнечные) лучи. В жизни это свойство широко используется — белые летние костюмы, белая окраска вагонов — ледников, цистерн и других сооружений, где инсоляция нежелательна. Невидимые же тепловые лучи белая ткань и краска поглощают так же хорошо, как и темная. Для поглощения и отражения тепловых лучей большее значение имеет не цвет, а состояние поверхности. Независимо от цвета отражательная способность гладких и полированных поверхностей во много раз выше, чем шероховатых. Для увеличения поглощательной способности тел их поверхность покрывается темной шероховатой краской.
Для втой цели обычно применяется нефтяная сажа. Но и сажа поглощает всего лишь 90 —: 96 Я; это еще не абсолютно черное тело. Такого тела в природе нет, но его можно осуществить искусственно. Свойством абсолютного черного тела обладает отверстие в стенке полого тела. Для этого отверстия А = 1, ибо можно считать, что энергия луча, попадающего в это отверстие, полностью поглощается внутри полого тела (фиг.
88). В 1гв в ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 160 дальнейшем все величины, относящиеся к абсолютно черному телу, мы будем отмечать индексом (О). Если лучеиспускательная способность тели равна Е„ то это означает, что тело излучает Е, нкал~мв чис; это †собственное излучение тела, которое полностью определяется температурой и физическими свойствами тела. Одновременно с этим со стороны других тел на рассматриваемое тело падает извне лучистая энергия в количестве Е, нкал1ммчас; это — падающее излучение. Часть падаюшего излучения в ко- Фнг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
