Теория тепломассообмена Э.Р. Эккерт Р.М. Дрейк под ред. Лыкова (1013696), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Суточное солнечное излучение на горизонтальную и обрангеиную к югу вертикальную поверхность при различной северной долготе за пределами атмосферы 1Л. 3881. длины пути солнечных лучей через атмосферу или от угла между солнечными лучами и поверхностью Земли (солнечной высоты), На рис. 14-22 согласно иоследовахэиям П. Муна [Л. 275) приводятся величины, характеризующие солнечное излучение, падающее ~на поверхность, ~нормальную к солнечным лучам и расположенную на уровне земли, для, ха~ранте)хных условий поглощения в атмосфере в безоблачный зимний день.
Часть излучения попадает на Землю как рассеян~кое небесное излучение. Количество этого излучения сильно меняется. В безоблачный день приблизительно 40,7— 81,4 ккал/м' ч небесного излучения падает на горизонтальную поверхность. В облачные дни солнечное излучение па~дает до очень низких значений (!' и менее излучения в яаные дни). Количество солнечного излучения, которое поглощает поверхность, зависит от ее поглощателнной способности. Следует помнить, что солнечное излучение имеет короткие длины волн и что поглощателнная способность для такого излучения может сильно отличаться от поглощателыной способности для длииноволнового излучения, которая может, например, быть получена с помощью табл.
П-10. Рис. 13-10, например, показывает, что белая поверхность 1 для солнечного излучения обладает значительно меньшими поглощательными способностями, чем поверхность алюминия. Поверхности, которые долкчны быть защищены от солнечного излучения, нужно покрывать белым неметаллическим слоем (напрнмер, крыши автомобилей). Для поглотителей солнечного излучения важно иметь поверхность с вы-' сокой поглощательной способностью для солнечного излучения, но низкой излучательной способностью для длинно- волнового излучения, для того чтобы уменьшить потери тепла излучением с поверхности. Большинство поверхностей с высокой поглощательной способностью обладает противоположной тенденцией (см.
рис. 13-9). Национальная физическая ла~боратория в Израиле уопешно создала поверхность, обладающую требуемыми качествами, покрыв металлическую поверхность тонким черным слоем специального материала. Коротковолновое излучение поглощается этим слоем, тогда как длинноволновое излучение проходит и отражается от металлической поверхности. Солнечная .энергия имеет то преимущество, что она вполне доступна; с другой стороны, плотность ее потока для многих целей слишком мала. В таких случаях необходимо прн- 34 — з06 529 менить коллекторы, концентрируюшие энергию в одной точке. Для этой цели обычно применяются параболические зеркала. В данном параграфе мы установим, какая плотность потока может быть получена при использовании такого зеркала, изображенного ~на рис. 14-23 1Л.
2761 Солнечное излучение падает на зеркало под углом а=32 мин. ккалгмек 755 5 гг5 5 йг !л5,5. 5 5 и гд 55 55 55 55 75 др 55 5 гонта оолнооного отооннл, град Рис. 14-22. Прямое солнечное излучение на поверхность, перпендикулирную солнечным лучам, у поверхности земли в безоблачный Рис. 14-23. Параболическое зеркало зимний день [Л. 3881. длн солнечной печи. Пучок лучей, падающий ~на зеркало вдоль его оси, отражается в том же направлении. На расстоянии 1 от ввршины, которое равно длине фокусного расстояния зеркала, он создает изображение Солнца с диаметром 51=7а и плошадью п7а94. На эту площадь также собирается излучение, которое падает на другие части поверхности зеркала.
Имеются, однако, определенные потери, связанные с этим процессом, так как не все падающие лучи концентрируются на изображении Солнца. Пучок, падающий в точку поверхности 1, отражается в виде конуса с углам, раствора а, ось которого проходит через фокус. Плоскость изображения Солнца отсекает от этого конуса эллиптическую площадь а*рг к соей 4 Отношение площади изображения Солнца к этой площади выражает отношение излучения, падающего на сол- 330 печное изображение после отражения в точке 1, к излучению, падающему в точку 1: !3 — соз 9. рй (14-45) Энергия, отраженная при идеальных условиях от зеркальной площади в форме кольца с!А длиной дг в меридиональной плоскости, есть в г!д=Сс!А соз 3, где С вЂ” солнечная постоянная.
Учитывая, что рна соз (О/2) с1А=2ярз1п Ьйз=2ер'3!пЬ . и'а что очевидно из рисунка, получим следующее выражение для отраженного излучения: дд = С2яр' яп ЬМ. Я=2яС)' ~япЬ созЬ г)Ь=яС!'яп'9. о До этого момента допускалось, что энергия, идущая от Солнца,,не терялась в процессе ее концентрирования. В действительности же уменыпвние этой энергии будет вызвано поглощением в атмосфере и тем фактом, что отражательная способность поверхности зеркала меньше единицы. Кроме того, потери энергии будут обусловлены несовершенством геометрии зеркала.
Эти три фактора учитываются соответстввнно двумя коэффициентами эффективности т), и т)„. Поток тепла, собранный в изображении Солнца. О=яСп ч )'з!и'9, . !14-46) 331 34* Количество этого излучения, сконцентрированное в изображении Солнца, определяется путем умножения этого выражения на величину !14-45). Е!олная энергия, собранная на изображении Солнца зеркалом, находится путем интегрирования: 11лотность потока — энергия., падающая йа единицу йлощади, — определяется путем деления уравнения (14-46) на площадь изображения Солнца: д= —, Сч т1„яп'9.
4 Это уравнение можно записать другим, более понятным способом. Солнечная постоянная может быть представлена в следующем виде: С = — чТ,, (14-47) где Т, выражает температуру Солнца как абсолютно черного тела (6 000э С). Член а*/4 — угловой коэффициент Солнца относительно положения зеркала. При помощи этого уравнения плотность теплового потока можно выразить так: г7=аТ т1 4 яп'8, Копда зеркало сдела~но с углом раствора,;равным 60', и когда взяты т),=0,7 и ~)„=0,8 — величины, которые можно встретить в реальных устройствах, тогда плотность 4 теплового потока,ра~ина 42% величины аТ, или 427ч плотности теплового потока от абсолютно черной поверхности при температуре Солнца (1 844 840 ккал/м' ч). Таким образом, при помощи солнечного коллектора можно получить высокие.плотности потока.
Интересно также вычислить, до какой температуры можно нагреть точку, расположенную в положении изображения Солнца, с помощью солнечного коллектора при оптимальных условиях. Очевидно, ~наивысшая температура точки будет в том случае, когда будут предотвращены потери тепла с обратных сторон зеркала и когда на поверхности, подверженной солнечному излучению, отсутствует теплоп~ровадность или конвекция. Прн этих условиях потеря тепла будет, иметь место толико за счет излучения. При~ранннвая эту потерю тепла к тепловому потоку, идущему от Солонца, получкам следующее соотношение: 532 Для серой поверхности погло!Дательная способность А равна иалучательной способности е и температура предмета становится равной; 7, Т 4,—.~,34пч8.
($4-48) Если предположить, как и прежде, 9 = 60о; т1, = 0,7; »1, = 0,8, находим, что максимальная температура предмета равна 8041'а температуры Солнца, или 4 800оК. ЗАДАЧИ 14-1. Подсчитайте угловой коэффициент для элемента поверхности, обменивающегося излучением с площадью, имеющей форму круглого диска, находящегося в положении, указанном на рис. 14-2, при условии, что обе площади параллельны и г)1. 14-2. Выведите уравнения, определяющие угловой коэффициент между элементом поверхности и круглым диском для любого взаимного положения. Используйте для этой цели операцию, описанную в тексте для примера, показанного на рис. 14-6. 14-3.
Покажите, что коэффициент ф, взятый из кривой г! на рис. 14-14 для значения зу«1=3, справедлив. Коэффициент ф на этой кривой тождествен угловому коэффициенту стенки печи относительно ряда трубок. 14-4. Определите локальный угловой коэффициент между элементом поверхности стенка печи и трубками в устройстве, характеризую-.
щемся кривой е на рис. 14-14, и докажите путем приближения, что величина ф определяемая из этого рисунка для з!й=З, является правильной. 14-5. Определите угловой коэффициент для теплообмена между элементом площади и круглым диском, расположенным под углом 45' к элементу, когда диаметр диска равен расстоянию его от элемента. Допускается, что круглый диск излучает подобно абсолютно черному телу, а элемент площади представляет собой алюминиевую поверхность с пространственной кривой распределения, как показано на рис.
13-11. Сравните полученный результат с угловым коэффициентом для двух черных поверхностей одинаковой формы. 14-6. Докажите, что уравнение (14-2!), определяющее приведенную степень черноты системы «газ — серые стенки», справедливо, 14-7. Вьщяслите теплообмен между разливными поперхностямн, окружающими камеру сгорания парового котла, изображенного на рис. 14-15. Определите размеры различных охлажденных и неохлажденных поверхностей на этом рисунке; допустите, что ширина камеры сгорания, нормальная к плоскости рисунка, равна половине длины топки.
Используйте данные, содержащиеся в примерах н $ 14-4 и 14-5, н допустите, что газы и пламя в камере сгорания не,излучают и не поглощают тепла и что слой угля в топке имеет температуру 1 650' С. Считайте, что поверхность слоя угля является черной, и допустите, что нзлучательная способность огнеупорной футеровки равна 0,7. Для расчета используйте метод, описанный в $ 14-3. !4-8. Подсчитайте погРешностгь обУсловленнУю излУчением, допУ. щенную прн,измерении температуры воздуха при 540'С и атмосферном давлении отсасывающпм термометром, изображенным на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
