teplotekhnika (852911), страница 44
Текст из файла (страница 44)
І 1.5, 11.6.Поправочный коэффициент [3 определяют по графику рис. І 1.7.Полосы излучения и поглощения для С()2 и Н2О несколько перекрывают одна другую, в связи с чем часть энергии, излучаемои одним газом,поглощается другим. Поэтому коэффициент черноты смеси углекислогогаза и водяного пара при температуре стенки (стІ _єг-єс02+єн2О-Аєг,(11.34)где Аэзг - поправка, учитывающая указанное поглощение. Для газообразных продуктов сгорания обычного состава Аег = 2 + 4% и ею можно пренебречь.240ФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФФННМЧ'ЩЮЬООФФННМЧ'ЩЮЬОО1-10-11-10-10-11-10-11-11-13:, 'с2:Рис. 11.5.
Зависимость коэффициента теплового излучения для СО2 оттемпературыВ (11.33) входит так называемый эффективный коэффициент черноты оболочки є'ст, больший, чем ест, в связи с наличием излучаюшего газа. Можно принять, что при ест = 0,8 + 1,0 эффективный коэффициентчерноты оболочки є'ст = 0,5(єст + І).Указанные особенности излучения и поглощения газов позволяютустановить механизм так называемого «парникового эффекта», которыйоказывает существенное влияние на формирование и изменение климата Земли.Большая часть солнечной радиации проходит сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли. В свою очередь Землей испускается инфракрасное излучение, в результате чего она охлаждается. Однако часть это241Фос:сс:-~~300 400 500700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900о'Рис. 11.6. Зависимость коэффициента теплового излучения для Н2О оттемпературыВ1,4І4%_'Ъ7 _)1\\*'\\\Рис.
11.7. Диаграмма для определения поправочного коэф-фициента В на парциальнос да-вление водяного пара (обшссдавление р = І00 кПа)"20242го излучения поглощается многоатомными («парниковыми») газами атмо-сферы, которая вследствие этого играет роль «одеяла», удерживающеготеплоту. При этом наибольшее влияние на глобальное потепление оказывают такие «парниковые» газы, как двуокись углерода (55%), фреоныи родственные им газы (25%), метан (15%) и др.11.6. Теплообмен излучением между двумя теламиРассмотрим теплообмен излучением между двумя параллельными серыми поверхностями с площадью А каждая, расстояние между которымимало сравним с их высотой и шириной. При этом условии излучение каждой из них обязательно попадает на другую.Температура первой поверхности - ТІ, коэффициент излучения - СІи коэффициент поглощения - ВІ.
У второй поверхности - соответственно Т , 2 и В2. Примем, что ТІ > Т , а окружающая среда диатермична.Лучистый поток, переданный в результате теплообмена первой поверхностью на вторую, по (І 1.21):Ф= А (19215І - двд/(1 - гігд.(11.35)Поверхностная плотность лучистого потока, переданного в результате теплообмена первой поверхностью на вторую,4= Ф/А = (В2ЕІ - В,Е2)/(І - РІІЪ),(11.36)где Е1 и Е2 - излучательности первой и второй поверхностей; Г2 и Г2 коэффициенты отражения первой и второй поверхностей.Знаменатель в (11.35) и (11.36) может быть представлен в следующемвиде:І-Г,І~`2=І-(І-ВІ)(І-В2)=ВІ+В2-ВІВ2.(11.37)Подставляя (11.37) в (11.35), получаемс1=(В2ЕІ - ВІЕ2)/(ВІ + В2 - ВІВ2).согласно (11.15) ЕІ = сІ (Т,/100)4 и 52 = с1 (Т2/100›4.Учитывая, что для серых тел В = є = С/ С , получаем= Ст <л/100›4<С2/С0›-С2(Т2/100›4<С./СО›С1/Со +С2/Со -С1С2/СоРазделив числитель и знаменатель на СІСд/СО, будем иметьс] = Ф/А = Спр[(ТІ/100)4 - (Т2/100)4],(11.38)где Спр - приведенный коэффициент излучения;243Рис.
11.8. Схема лучистого теплооб-мена между телами в замкнутом пространствес"р =І1/сІ +1/с2 --1/с0.(1139)Зависимость (11.38) показывает, что поверхностная плотность результирующего лучистого потока между двумя параллельными поверхностями равна произведению приведенного коэффициента излучения иразности термодинамических температур в четвертых степенях.Если бы рассматриваемые поверхности были черными, то Пр= СО.Результируюший лучистый потокФ= 4,4 = Спрли Т,/|00›4 - (Т2/юо)4].(11.40)Рассмотрим случай, когда тело І с площадью наружной поверхностиАІ окружено со всех сторон другим телом ІІ с площадью внутренней поверхности А2 (рис. І 1.8). Поверхность внутреннего тела выпуклая, а наружного - вогнутая.
Пространство между телами диатермично. Температура поверхности внутреннего тела - Т , коэффициент излучения _ СІ икоэффициент поглощения - ВІ.Для второго тела: температура поверхности Т , коэффициент излучения - С2 и коэффициент поглощения - В2.Площадь поверхности внутреннего тела АІ не равна площади поверхности А2 внешнего тела, поэтому следует рассматривать не поверхностные плотности лучистых потоков, а сами лучистые потоки Ф= ЕА.Лучистый поток, переданный при теплообмене между телами,где ф21 - средний угловой коэффициент излучения, показывающий, ка-кая доля теплового потока Ф2 попадает на поверхность тела площадьюАІ.Лучистый поток (І - ф2І)Ф , минуя первое тело, попадает на свою жеповерхность площадью А2. Лучистый поток внутреннего тела складывается из потока собственного излучения ЕІАІ и той части падающего нанего лучистого потока от второго тела, которую первое тело отражает:ФІ = ЕІАІ + (1 - в,›ф2,Ф2.244(11.42)Лучистый поток второго тела состоит из потока собственного излучения Е2А2 отраженной части падающего на него потока ФІ и отраженнойчасти потока (1 - ф2|)Ф2 самого же второго тела:ф2 = 52/12 +(1- Вдф, + (1 - вдп _ ф2дф2.(11.43)Решая (11.42) и (11.43) относительно ФІ и Ф2, получаемЕ1А1[В2 +(1-В2)Ф21+52А2(1-В1)1;(д =А2+<1>211-'31(1-В2)Ф: =52А2+Е,А, 111-1321] .В2+Ф21В1(1-В2)Подставляя значения ФІ и Ф2 в исходное (11.41), получим(д2_ІВ2+Ф21ВІ<1-В2›(3251141 -Ф21В152А2)-Заменяя собственные излучения обоих тел Е1 и Е2 по закону Стефана-Больцмана и учитывая, что для серых тел В = С/ СО, после преобразований получаем:'а” =С°1/В.
+Ф2.<1/В2-1› 1<т./100›4А1-ф21<в/100›4А21.(1144,В (11.44), помимо Фп, неизвестной величиной является средний угловой коэффициент излучения (рт. Коэффициент фд не зависит от температур тел и поэтому может быть определен из условия равенства температур обоих тел (ТІ = Т2). В этом случае Ф]2 = 0, тогда А1 - фдА2 = О,откуда получаемФ21=А1/А2°Подставляя найденное значение (р21 в (11.44), окончательно имеемФ2,= С,2/А,[(тІ/1оо›4- (72/100141.(11.45)где С]2 - приведенный коэффициент излучения системы, определяемыйравенствомС12'ІІ/С.
+<А. /А2›<1/С2 -1/С0›'(1 1.46›245Формулы (І 1.45) и (І 1.46) могут быть применены для тел любой формы при условии выпуклости меньшего тела. При малых значениях отношения АІ/А2 значение коэффициента С12 приближается к С , в этом случае можно принять АІ/А2 = 0 и С12 = СІ.11.7. Защита от теплового излучения (экраны)Для уменьшения плотности результирующего лучистого потока а” притеплообмене излучением между телами применяют экраны. Обычно экран представляет собой тонкостенный лист между излучаюшей поверхностью и поверхностью, защищаемой от излучения.Рассмотрим две бесконечной протяженности плоскопараллельныеповерхности с температурами ТІ и Т2.
Между поверхностями параллельно им расположен экран - плоский тонкий лист, термическим сопротивлением которого можно пренебречь (рис. ІІ.9). При стационарном режиме температура экрана будет постоянной и равной ТЭ.Воспользуемся (11.38). Поверхностная плотность лучистого потока,переданного от первой поверхности на экран,4 э = с*,э[(Т,/100›4 - (Тэ/юот.(11.47)Поверхностная плотность лучистого потока, переданного от экранана вторую поверхность,42, = спид/шоу* - (Т2/100›41.(11.48)При установившемся тепловом состоянии (13, = (132 = 41.Рассмотрим частный случай, когда коэффициенты излучения обеихповерхностей одинаковы: СІ= 62 = С, а коэффициент излучения для экрана (на каждой из его сторон) равен СЭ.Тогда по (11.39)СІэ =Сэ2 =І1/ с+1/сэ -1/со ;1/д'Т.е.Сіэ = Сэ2 = СІ.\23СІТ:С27:;СЭ246І1/с,+1/с-1/соРис. 11.9. Система плоскопараллельныхтел с экраномСледовательно, (Тэ/ІОО)4 = 0,5[(ТІ/ІОО)4 + (Т2/100)4] и(1, = (113 = 432 = 0,5С[( ТІ/І00)4 - (Т2/100)4].(11.49)ЕСЛИ бы ЭКраН ОТСУТСТВОВЗЛ, ТО ПОВЄрХНОСТНаЯ ПЛОТНОСТЬ ЛУЧИСТОГОПОТОКЗ4= спр[(Т,/1оо›4 - (Т2/юо›41,ГДЄ(11.50)1С"р=1/с+1/с1/о2 -нс'Сравнивая (11.49) и (11.50), заключаем:4” = 0,54С'/Спр.Итак, в обшем случае СІ = 62 а: Сэ поверхностная плотность результируюшего лучистого потока 4* зависит не только от количества экранов,но и от соотношения между коэффициентами излучаюших поверхностей и экрана.В случае, когда СІ = С2 = Сэ , имеем С' = Спр и(11.51)ч'=0,54.Полученные соотношения выясняют роль экрана: включение одногоэкрана (при СІ = С2 = СЭ) вызывает уменьшение результируюшего лучистого потока в два раза, т.е.
с помошью экрана осуществляется защита отизлучения.Формулу (І 1.5 І) легко обобщить для п параллельно поставленных эк-ранов:(11.52)4=ч/(п+1›.ГЛАВА 12ТЕПЛОПЕРЕДАЧА12.1. Сложный теплообмен. Теплопередача через стенкиУравнение теплопередачи. Рассмотренные способы передачи теплоты теплопроводность, конвекция и излучение в реальных условиях изолированно встречаются редко.
Как правило, передача теплоты осуществляется одновременно посредством двух или трех видов теплообмена. Совокупность этих видов теплообмена называется сложным теплообменом.При сложном теплообмене суммарная плотность теплового потока определяется как сумма плотности потока при конвективном теплообмене ЧК247И ПЛОТНОСТИ ПОТОКЗ ИЗЛУЧЄНИЯ ОТ ДВИЖУЩСЙСЯ СрЄДЫ К СТЄНКЄ ЧП.4=4К+4л.(12.1)Плотность теплового потока при конвективном теплообмене(12.2)чк=а(1-Іст),а путем теплового излучения4,, = еСпцТ/юоу1 - (Та/100)*11,(12.3)где а - коэффициент теплоотдачи конвекцией; 1, Т- температуры жидкости; Іст, Тст - температуры стенки; є - приведенный коэффициентчерноты; Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела.Так как 1- (ст = Т- Тст, то, вынося эту разность за скобки, имеемч= 01+ЄС0(Т/100)4 -(тсТ / 100)4Т_ТСТ(На).(12.4)Обозначивил = его (7/ 100);:(тїт/ЮО)4 ~(12.5)получаем4 = (ос + ал)(! - Іст) = 0120 - (ст),(12.6)где ад - коэффициент теплоотдачи излучением; а: - суммарный коэффициент теплоотдачи.Если стенка омывается капел ьной жидкостью, то ил = 0, а а: = ак.Передача теплоты от одной жидкости упругой или капельной к другой через разделяющую их однослойную или многослойную стенку на-зывается теплопередачей.
Здесь в процесс сложного теплообмена включается еще и перенос теплоты теплопроводностью через стенку. Количественной характеристикой интенсивности этого сложного процесса служит коэффициент теплопередачи /<, (Вт/(м2-К), который равен количеству теплоты, переданной через единицу поверхности стенки в единицувремени при разности температур между жидкостями І К. Уравнение теплопередачи в этом случае записываетсяФ= мы, - 12),(12.7)где А - площадь расчетной поверхности теплопередачи; і', 12 - температуры жидкостей, участвующих в передаче.Теплопередача через плоскую стенку.
Рассмотрим однослойную плоскую стенку (рис. 12.1) при ее неограниченных ширине и длине. Пустьтакая стенка толщиной б разделяет две жидкости с разными температу248рами. От первой жидкости с постоянной более высокой температурой ІІ теплота будетпередаваться через разделяющую стенку ковторой жидкости тоже с постоянной, но бо-лее низкой температурой 12.Определим для рассматриваемого случаяповерхностную плотность теплового потокаи температуры на поверхности стенки в стационарных условиях теплообмена.Поверхностная плотность теплового потока, передаваемого от жидкости с более высокой температурой к поверхности стенкипутем конвективного теплообмена, вданномслучаеЧ=а|и1 “(911),рис_ 12_1_ Схема теплопередачи через однослойную плоскую стенку(12.8)где а, - коэффициент теплоотдачи от жидкости с более высокой температурой І, к поверхности стенки; Іст'- температура поверхности со стороны теплоотдаюшеи среды.Поверхностная плотность потока теплоты, прошедшей сквозь стенкутеплопроводностью, для стационарного режима поверхностной плотности теплового потока от жидкости с более высокой температурой к поверхности стенки4 = 7м/г5(1сТІ - гей),(12.9)где ІСТІ и Ісп - температуры на поверхностях стенки; Ж - теплопроводНОСТЬ МаТЄрИаЛа СТЄНКИ.Поверхностная плотность теплового потока от стенки к жидкости сболее низкой температурой 12Ч = а2(Ґст2 '- 12),(12.10)где 012 - коэффициент теплоотдачи от стенки к тепловоспринимаюшейсреде; Ісп - температура поверхности стенки со стороны тепловоспринимаюшей среды.Решим записанные уравнения относительно температурных напоров:'1-1ст|=Ч(Ч/0Ч)3ІстІ _[ст2 = (кб, ж);Іст2-'2=Ч(1/012)›(12 Н)а ЗЗТЄМ ИХ ПОЧЛЄННО СЛОЖИМІ!-=!2 4(І/оъ1+б/7&+І/а2).(12.12)249ОТСЮДЗ ОПРЄДЄЛИМ ЗНаЧЄНИЯ ПОВЄРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ТЄПЛОВОГО ПОТОКа11 *12Ч = 1/а,+а/х+1/<×2(12.13)и коэффициента теплопередачик=Іт/а, +а/х+1/а2.(12.14)Величину, обратную коэффициенту теплопередачи, называют полным термическим сопротивлением, м2-К/ Вт,к,=1//<=1/а,+а/х+1/а2.(12.15)Из (12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
