Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 32
Текст из файла (страница 32)
42 находим, что для окисленной стали И = 0,79. Тогда согласно формуле (20) имеем; !1!а — а!СаЕ! ~( 00) ~ ЮО) ~ 0,79 4,9 3,14 0,07 3(5,04 — 3,04)= = О, 79. 4, 9 О, 66 544 = 1 390 к кол/час; Г! б) Г! = 0,66 лат, Гэ= 3,6 лта н —.= 0,182; для кнрпнча И=О,93. га Согласно формуле (21) ~ив 1 1 — — 0,78. 1 Р 7 1 ) 1,27 + 0,182.0,075 1,284 ь! Рэ '!еа Подставляя этк значення в формулу (20), получим: Ц!а — 0,78 4,9.0,66 ° 544 = 1 370 ккал(час О!з 1 370 нлн на елнняцу длины трубы о! — —. — — — 457 ккал/м час. Пример 24. Опрелелнть, какое количество тепла получает 1 лта горнзонтальной поверхности, окрашенной черной краской, в ясный летний полдень, если й = 47' С. Обратное нзлученне направлено в мировое пространство, средне-эффектнвная температура которого может быть принята Га= — 53ь С. Из табл. 42 н 44 имеем: Е =815 клал/лстчас; для черной краски А! — 0,98 н а! — 0,9.
Подставляя этн значення в формулу (27), получим: !7!а — 0,9 4,9 (3,2" — 2,241 — 0,98 815='0,9 4.9 82 — 0,98 815= 361 — 800=' = — 439 ккал7м'час, т. е. поверхность не теряет, а получает энергию в количестве 439 клал/палас. Если бы поверхность была окрашена й белый цвет, тогда колнчество воспрнннмаемого тепла уменьшилось бы в пять раз. Ночью нзлученне солнца равно нулю, в этом случае поверх ность теряла бы энергию в количестве д!э=361 ккал/макао. 22. ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ ГАЗОВ Газы также обладают способностью испускать и поглощать лучистую энергию, но для различных газов эта способность различна. Для одно- и двухатомных газов, в частности для азота (1)т), кислорода (О,) и водорода (Н,), она ничтожна; практически эти газы для тепловых лучей прозрачны †диатермич.
Значительной излучательной н поглощательной способностью, имеющей практическое значение, обладают многоатон)ные газы и в частности углекислота (С0,), водяной пар (Н,О),сернистый ангидрид (ЯОт), аммиак (МН',)'и др. По сравнению с твердыми телами излучение и поглоще- [г !82 тснлозое изл! '!Вн$!е Л, =3,02 [!, ЛЛ! =0,66 [! Л,=4,80 [!, Д1 =0,79 н Л,=16,5 [, !ЛЛ[,) — — 4,0 [ от Л! — — 2,36 [! и до Л,=4,01 [! л, = 12,5 н 1-я полоса 2-я 3-я для водяного пара: 1-я полоса от Л,=2,24 [ 2-я .
„Л,=4,8 3-я „„л,=12,0 Р до Л, = 3,27 [, ЬЛ<!! — — 1,03 [ Л,=8,5 [!, !ЛЛ,!=3„7 [! Л,=25 „, ЛЛ„,=13 В отношении твердых тел, которые для тепловых лучей непрозрачны, можно считать, что испускание и поглощение лучистой энергии происходит в поверхностном слое. В газах же излучение и поглощение энергии происходит в объеме. При прохождении тепловых лучей через газ их знергия вследствие поглощения уменьшается.
Это уменьшение определяется количеством встречаемых на пути молекул. Последнее пропорционально длине пути луча 7 и парциальному давлению р. Поэтому поглощательная способность газа для какой-либо длины волны А! является функцией произведения р1. Кроме того, она зависит от температуры газа Т, следовательно: А, =У(Т, рЕ) . (а) Тела, поглощающие лучистую энергию, со!чяасно закону Кирхгофа обладают способностью ее излучать. Наличие собственного излучения газа может быть доказано следующим образом. Пусть имеется некоторое полое тело с одинаковой температурой по всей внутренней поверхности. В отношении ние газов имеют ряд особенностей. Основные из этих особенностей мы рассмотрим подробнее на примере углекислоты н водяного пара.
Эти газы образуются пра горении топлива и в теплотехнических расчетах имеют наиболее важное значение. Твердые тела имеют сплошные спек!ры излучения; они излучают и поглощают лучистую энергию всех длин волн от 0 до ~. Газы же излучают и поглощают энергию лишь в определенных интервалах длин волн ЬЛ, так называемых полосах, расположенных в различных частях спектра.
Для лучей других длин волн, вне этих полос, газы прозрачны и их энергия излучения равна нулю. Таким образом, излучение и поглощение газов имеет избирательный (селективный) характер. В энергетическом отношении для углекислоты и водяного пара наьболее важное значение имеют следующие полосы: для углекислоты: ЛУЧГИСПУСКАНИВ ГАЗОВ й 22~ лучистого обчена внутренняя поверхность такого тела будет находиться в состоянии динамического равновесия; каждый ее элемент излучает столько энергии, сколько он сам получает от остальной части поверхности.
Заполним теперь это полое тело газом, температура которого равна температуре тела. При наличии газа каждый элемент поверхности будет излучать такое же количество энергии, как и раньше, но от остальной части поверхности сам он будет получать меньше, ибо часть этой энергии поглощается газом. Так как температура газа равна температуре стенок, и тепловое равновесие при этом ие нарушается, то и недостающая энергия может быть получена только за счет собственного излучения газа. Поэтому при Т =Т„количество энергни, излучаемой газом, равно количеству поглощаемой. На основании закона Кирхгофа тело излучает энергию лишь тех длин волн, которые оио поглощает. Следовательно, излучательная способность газа также является функцией Т и р1, т.
е. (Ь) Е;=У(Т, рЕ) Энергия излучения газов может быть вычислена по спектру. В этом случае энергия каждой полосы равна: ЕА,—— ~ Е,сУЛ. (с) Общая же лучеиспускательиая способность газа равна сумме выражений (с) для всех полос, т. е. Е =УЕ.„. Такой способ расчета энергии излучения газов был применен Шаком при первоначальной разработке методики расчета. Для углекислоты и водяного пара теперь имеются более надежные данные, полученные путем непосредственного измерения обшей энергии излучения газа. Анализ этих данных . показывает, что излучение углекислоты пропорционально ТЗ', а излучение водяного пара Т'. Применение различных законов сильно затруднило бы расчет.
Поэтому в основу практических расчетов лучеиспускания газов положен закон четвертой степени абсолютной температуры †зак СтефанаБольтцмана. Несмотря на условность такой операции, она вполне целесообразна и для технических расчетов наиболее удобна. В соответствии с этим опытные данные по излучению газов обычно даются в виде зависимости д =у(Т„р1) или АУ=У(Т ° Я.
Здесь д — количество энергии излучения газа в час, отнесенное к одному квадратному метру поверхности, икал/.я' члс; а †относительн излучательная способность [Гл. е 184 ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ или степень черноты газа, полученная путем отнесения к количеству энергии излучения су абсолютно черного тела прй температуре газа ~т. е. е =--ел-[. оо,/ Значения функции е =у(1, р1) дли углекислоты приведены на фиг. 104 и для водяного пара на фиг. 105. Для водя- о,г 00 оов ооо о,оо г е в в то 1г м тв 1в го Ю Е'0 Фнт.!04.
тсо — У[тр0 — степень черноты углекислоты. ного пара влияние р несколько сильнее, чем 1, поэтому значение е„, найденное из фиг. 105, необходимо умножать на некоторый поправочный множитель [т (фиг. 106), зависягций от: парциального давления рн О . Чтобы определить е, необходимо знать температуру газа 7 „ его парциальное давление р кг[слтт и среднюю длину пути луча ~л (см. стр. 187). Если углекислота и водяной пар содержатся одновременно, то степень черноты такой смеси равна:, е =есо +Реп о — дел. последнее означает, что сУммаРно1„ ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ ГАЗОВ 185 излучение смеси несколько меньше суммы излучений углекислоты и водяного пара, содержащихся в смеси.
Это обстоятельство определяется тем, что полосы излучения и поглощения для углекислоты и водяного пара частично совпадают. Поэтому энергия, излучаемая, например, углекислотой, частично поглощается водяным паром и, наоборот. Прн обыч- о о о оо о ооо г о в в ео аг та и, тв, го го-' е о Фнг. 105. ен Π— / (С Г) — стелень черноты водяного лара. ' и ы Чя=~асо~ 1оо 1 якое.и (29) ных соотношениях компонентов, какие наблюдаются в дымовых газах, поправка Ье незначительна, около 2 †4% . Эту поправку следует учитйвать лишь при очень точных расчетах и при больших значениях ра1 (фиг.
107), где ра— общее давление газа. ~ Зная е, легко подсчитать н энергию излучения газа, а именно: е ткпловок излкчкник 186 Однако, этой формулой [29) определяется количество энергии, излучаемой газом в пустоту, которую можно рассматривать как абсолютно черное пространство при Т=О К. В действительности газ всегда огражден твердой поверхностью, оболочкой, температура которой выше абсолютного нуля и степень черноты а меньше единицы.
Такая поверхность имеет собственное излучение, которое частично поглощается газом. Так как Тл=~ Т„ и газ поглощает селективно, гта т,г О йт йг йэ йб Об йб йЯ О 'за Фиг. 106. Поправочный ковффипиент 1 на парпиальное давление для водяного пара. то а ф-Л . Кроме того, при наличии излучающего газа эффективная степень черноты оболочки в больше а и зависит от р1 и состава газа.
При в =0,8 †: 1,0 приближенно а = 0,5 (е,„+ 1). Окончательно расчетная формула лучистого теплообмена между газом и оболочкой имеет следующий вид'1 — Со [ ел( [0до) Ал[ 0ь~) 1 ккпл[.мв чгтс [3 где Ч вЂ” количество тепла, передаваемого путем излучения от газов к оболочке, икал/мв час; =- — — †эффективн степень черноты обое,+1 лочки; т Ланные о степени черноты газов заимствованы иа работы Хоттеля и Эгберта [10Ц; зти ланные являются наиболее новыми н надежными. лгчкиспусклние газов й 221 187 В технических расчетах можно полагать а =Аг и сае = = ЛА —.= О.
Если 7'„>Т, то значение выражения в прямых скобках получается отрицательным; это означает, что газ не отдает, а воспринимает энергию. оов оов а аоо о о,о' о,ог о,ог ооа о аг оа ов ав ао о ог ом ов ав 1о о аг оа ов ов глав/омв Рва~ 7!ьв/вага Рова д о/олвв Рова Фиг. 107. Поправка иа иалучеиие смеси СО, и НаО, формула (30) справедлива для лучистого теплообмена между газовой полусферой и центральным элементом ее основания, т. е. дпя случая, когда длина пути луча ! в любом направлении одна и та же. В газовых телах другой формы, например, шара, цилиндра или плоского слоя, длина пути лучей в разных направлениях различна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
