Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Поэтому оценить излучательную способность факела очень трудно. Для оценки теплообмена излучением между факелом и радиационной поверхностью можно воспользоваться формулой ПЗ о4) где г — радиационная поверхность топки, т, е. поверхность, Р через которую отводится теплота; а„„= е, е„— приведенная степень черноты системы; ег — степень черноты факела, которая выбирается в зависимости от вида и способа сжигания топлива. Для бесконечно толстого слоя продуктов сгорания в топках паровых котлов еэ — — 0,4 — 0,85. Температура факела Т, определяется как средняя геометрическая нз теоретической температуры горения Т,, и температуры газа на выходе из топки Т„т. е.
Т 7 Т,Т,. $ 5. Теплообмен излучением с Солнцем и Землей При полете в верхних слоях атмосферы или за ее пределами температурное состояние поверхностей летательного аппарата зависит от радиационного теплообмена с Солнцем и Землей. Благодаря высокой температуре поверхности Солнца примерно половина излучаемой им энергии приходится на световые лучи, остальная часть излучения — на инфракрасные лучи. Поэтому излучение Солнца называют короткооолновыхс Количество солнечной энергии, падающей на единицу нормальной к лучам поверхности, находящейся за пределами атмосферы, 438 в единицу времени называется соанечьой постоянной, значение которой зависит от расстояния между Землей и Солнцем и составляет 1280 — 1368 (в среднем 1325) втlме.
До поверхности Земли доходит значительно меньше энергии, так как часть ее поглощается атмосферой (главным образом озоном и водяными парами), часть — не попадает на Землю благодаря преломлению в воздухе и отражению облаков. Поглошательная способность поверхности зависит от спектра падающего на нее излучения, Поэтому способность тел поглощать солнечное излучение может существенно отличаться от поглощательной способности обычного длинноволнового излучения. Например, для полированной меди поглощательная способность солнечного излучения Аэ 0,26, тогда как для обычного излучения А = 0,023.
Белые поверхности поглощают солнечное излучение хуже, чем длинноволновое. Например, белая краска имеет Аз = 0,12— — 0,26, тогда как для длинноволнового излучении А)0,0. Поэтому при лучистом теплообмене о Солнцем степень черноты поверхности далеко не одинакова с ее поглощательной способностью. Чтобы защитить тело от солнечного излучения, необходимо так обработать его понерхность, чтобы получить малую величину Аз (например, поверхность можно покрыть белой краской). Для получения максимального поглощения солнечного излучения поверхность должна иметь большое значение Аэ, но при этом степень черноты тела должна быть минимальной, чтобы уменьшить потери теплоты из-за излучении поверхности, Количество теплоты, получаемой или теряемой телом, на которое падагот солнечные лучи, можно определить по формуле Я = еС Р [( — ' ) — ( — е ) 1 — Аз Рз ез, (13.
25) где е — степень черноты поверхности; Р и Гз — площадь излучающей и облученной Солнцем поверхности; Т, и Та — температура тела и окружающего пространства; ез — плотность потока палающего излучении от Солнца. Поток энергии излучения от Земли к поверхности летательного аппарата, находящегося за пределами земной атмосферы, складывается из излучения Земли (8%) и атмосферы (55%), отражения солнечного излучения земной поверхностью (3%) и облаками (27 "е), а также энергии солнечного излучения, рассеиваемой атмосферой (7%)*. Таким образом, Земля вместе с атмосферой отражает 37% падающей на нее солнечной энергии.
Общее излучение Земли и атмосферы, отнесенное к единице земной поверхности, составляет 209 вгп!ма. ' Проценты определены по среднегодоаому балансу Земли. $6. Радиационно-конвективный теплообмен В большинстве случаев радиационный теплообмен протекает одновременно с конвективным, Поверхность может получать или отдавать теплоту соприкосновением с газовой средой, а также путем теплообмена излучением с окружающими твердыми телами н газом. Теплообмен излучением между рассматриваемой поверхностью и твердыми телами, газом илп факелом описывается формулами (13.7), (!3.9), (13.10), (13.22) и (13.24).
Зти формулы можно выразить одной зависимостью ц,=еея С„[( ~') — (~") 1 (13.26) где и, — поток теплоты, приходящийся на единицу рассматриваемой поверхности; Т, — температура газа, факела или твердого тела, участвующего в теплообмене излучением с рассматриваемой поверхностью.
В этой формуле приведенная степень черноты системы определяется по-разному в зависимости от вида, формы и располо>кения участвующих в теплообмене тел. В общем случае рассматриваемая поверхность может участвовать в теплообменс излучением с несколькими твердыми телами, а также с газом или факелом. При одинаковой температуре этих тел и среды Т, результирующую плотность теплового потока, обусловленную радиационным теплообменом, можно определить по формуле д„„,=-.'Рд,=С,~Я вЂ” ( — '") 1~е„„. (13.27) Величину д„еь можно выразить также формулой конвективного теплообмена (1.18).
Приравняв правые и левые части выражений (13.27) и (1.18), получим о„,„=С„!О "(Т('+Т7Т +ТгТ' +Т" )~",е я. (1328) Когда температура тел, определяющих радиационный и конвективный теплообмен, неодинакова, то общий тепловой поток находится как сумма отдельно подсчитанных радиационного и конвективного тепловых потоков.
Если в теплообмене участвует капельная жидкость, то аи„, = О. ГЛАВА Х1Н КОНСТРУКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ИЗМГНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕЦАЧИ При конструировании машин и аппаратов часто возникает необходимость ослабить или усилить передачу теплоты через стенки. Уменьшением интенсивности теплопередачи обеспечивается уменьшение тепловых потерь через стенки или тепловая защита частей аппарата, граничащих с горячими поверхностями. Зта задача может быть решена путем теплоизоляции горячих поверхностей.
440 Уменьшение размеров и веса теплообменных аппаратов связано с необходимостью интенсификации процесса теплопередачи. Это может быть достигнуто увеличением поверхности теплообмена с помощью ребер. $ 1. Критическая толщина тепловой изоляцн~ Анализ формулы общего термического сопротивления плоской стенки (3.17) показывает, что дополнительный слой тепловой изоляции любой толщины независимо от величины ее коэффициента теплопроводности приводит к увеличению общего термического сопротивления стенки и уменьшению теплового потока.
Это правило не может быть распространено на тела, имеющие выпуклые поверхности. При наложении изоляции на выпуклую поверхность внутреннее термическое сопротивление увеличивается, но благодаря увеличению поверхности соприкосновения стенки с внешним теплоносителем уменьшается внешнее термическое сопротивление. Поэтому при использовании материалов с достаточно большим коэффициентом теплопроводности для покрытия изоляцией выпуклой поверхности можно получить не уменьшение, а увеличение теплового потока. Рассмотрим условие, при котором материал, используемый для изоляции трубы, отвечает своему назначению, т. е.
уменьшает тепловой поток. Для однородной трубы, покрытой слоем изоляции (рис. 14.!), пренебрегая контактным термическим сопротивлением, из формулы (3.38) получим; Нз 1 ииз — + — 1п — з+ 1и из + и, и, д, зк из 2йиз 6з Ззз ииз где к, — линейный коэффициент теплопередачи.
При увеличении толщины изоляции предпоследний член этого уравнения будет увеличиваться, отражая рост внутреннего термического сопротивления, а последний уменьшаться, характеризуя уменьшение внешнего термического сопротивления. Выявим экстремум функции — = Г (Й„,) в предположении, что коэффициент 1 сз, ие зависит от з)и,. Приравняем нулю первую производную общего термического сопротивления по з(„, Отсюда критический диаметр изоляции, отвечаю.ций экстремуму, определяется формулой зия.з ир аа 44! 1 и.
Вторая производная ~ — ~ больше нуля, следовательно, критию ческий диаметр соответствует минимуму общего термического сопротивления и максимуму теплового потока (рис. 14.2). Пригодность тепловой изоляции удобно определять по параметру Ар А ир (14.1) С учетом выражения для с(„р можно записать 21 из А ия (14.2) вв Рис. 14.2 Рис. 14.1 При Аии ) 1 из формулы (14.1) получается с(и С с(„р, Как видно из рийс. (14.2), в этом случае увеличение диаметра с(„и от Л, до с1, приведет к увеличению теплового потока и, следовательно, изоляцию следует признать непригодной. При А„р 1, и', =» с(„а, и потому в соответствии с рис. 14.2 слой изоляции любой толщины позволит уменьшить тепловой поток через трубу.
Рассмотренный эффект ограничивает выбор тепловой изоляции для труб небольшого диаметра, особенно при малой интенсивности внешнего теплообмена. Например, при г(, 50 мм и сс, = = 6 впп'(м' град) пригодна изоляция с ).„„( 0,15 втЦм град), й 2. Теплопередача через ребристую стенку 442 Наличие ребер на стенке позволяет увеличить поверхность ее соприкосновения с теплоносителем и тем самым уменьшить внешнее термическое сопротивление. При этом уменьшится общее термическое сопротивление и увеличится тепловой поток, а температура поверхности такой стенки приблизится к температуре омывающей ее среды.
Поэтому наличие ребер может использоваться как средство интенсификации процесса теплопередачи или как средство снижения температуры стенки. Рассмотрим теплопередачу через ребристую стенку, изображенную на рис. 14.3. Температура ребра изменяется по его длине. При (ц ) 1,, температура ребра, равная у его основания температуре поверхности между ребрами („„будет уменьшаться к их концу. Температуру среды !б можно считать неизменной для всей поверхности, и поэтому участки поверхности ребра, удаленные от основания, будут передавать меньше теплоты, чем участки, расположенные вблизи основания ребра.
Отношение теплоты, передаваемой поверхностью ребер в окружающую среду Яв, к теплоте, ко торую эта поверхность могла бы передать при постоянной температуре стен. ки, равной температуре у основания ~ыа ребер Я;„называется коэффициентом зффаки!ивности ребер*: (й/, ын Ф У~ Уа й (14.3) Р К~ сс 2 Все поверхности ребра могут иметь одинаковую температуру только при бесконечной теплопроводности материала, поэтому в реальных условиях г!р(1, Чем резче меняется температура вдоль ребра, тем меньше коэффициент его эф. Рвс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
