Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Е др„ Интегрируя это выражение от начального значения Е. (при х=0) до текущего Е, получим 1,5с„ Е= Е„ехр — —" х, (11 28) др, Обозначив величину (1,5с„)/(пр„) через к, а толщину слоя среды через !, получим Е=Е„е "'. (11.29) Этот закон экспоненциального ослабления излучения в лучепоглошаюшей среде носит название закон Бугера: коэффициентнт ослабления к увеличивается с ростом массовой концентрации частиц и уменьшением их размеров Коэффициент поглощения слоя запыленной среды толщиной х=! равен А=(Ех — Е)/Е„=1 — е "'.
(11.30) Таким образом, коэффициент поглощения (а следпвательно и степень черноты) слоя запыленной среды, в отличие от твердого тела, зависит от его толщины и концентрации пыли. В реальных системах процесс передачи лучистой энергии осложнен тем, что несферические частицы имеют различные размеры, степень их черноты не равна единице, а луч не плоскопараллельный. Поэтому действительнан величина к, а также величина 1, заменяемая обычно на величину !Нп называемую э ф ф е ктивной длиной луча или эффективной толгциной излучающего слоя, оп- н о 'о 4,8 8,5 12 Зо >.П 12.5 П,5 Видно, что в световой (видимой) части спек>ра СО> и пары Н>О не излучают и не поглощак>т.
В коротковолновой части спектра газы поглощают и излучают хуже, чем в длинноволновой. С ростом температуры, когда максимум излучения смещается в область корк>ткнх волн, степень черноты уменьшаетгя. Поскольку степень черноть> газа в, существенно зависит от температуры, кзпкон четвертой степени» Стефана-— Больпмана строго не выполняется. !ак, ределяются из эксперимента и приводится в справочниках. Г!роцесс распространения лучистой энергии в газовой (незапыленной) среде им!от много общего с вышеописанным процессом в запыленной среде. Роль пылинок играют здегь молекулы газа, концентрация которых увеличивается с ростом давления газа Различные газы обладают различной способностью излучать и поглощать энергию.
Одно- и двухатомные газы (кислород, азот и др ) практически прозрачны для теплс>вогк> излучения. Значительной способностью излучать и поглощаю ь энергию излучения обладают мнон>атомные газы: диоксид углерода СО> и серы 50>, водяной пар Н>О, аммиак Гк(Н> и др. Наибольший интерес представляют сведения об излучении диоксида углерода и водяного пара, образующихся при сгорании топлив. Интенсивностью их излучения в основном определяется теплообмен раскаленных газообразных продуктов сгорания с обогреваемыл>и телами в топках.
Газы являются селектнвными излучателями. Участки спектра, в которых газ излучает и поглощает энергию, называют полосами излучения (ног л о щ е н и я). Ниже приведены основные полосы поглощения )., мкм, для СО> и Н>О; плотность потока излучения Ен „ 7', Ес», Выше о>мечало>.ь, что излучение газов носит объемный характер. Способность газа излучать энергию нзменяетсп в зависимости от >ып>тности и толщины газового слон. Чем выше плогность излучающего компонента >азовой смеси, определяемая парцнальным давлением р, и чем болшп<' толщина слон газа 7, тем больше молекул принимает участие в излучении и тем выше его излучательная способность и коэффициент поглощения. Поэтому степень черноты гази е, обычно представляют в виде зависимости от произведения р! или приводят в номограммах (15). Поскольку полосы излучения диоксида углерода и водяных паров нс перекрываются, степень черноты содержащего их топочного газа в первом приближении можно считать по формуле ь =его,+анко (11 51) Излучение чистых газов (Н>О, СО> и др ) находится в инфракрасной час~и спектра.
Имеющиеся в продуктах сгорания раскаленные твердые частицы (зола и т. п.) придак>т пламени видимую ок. раску, и его степень черноты может быть большой, достигая значений 0,6 — 0,7. Поэтому при факельном сжигании твердых топлив, а при выделении сажи (при сжигании с недостатком воздуха) .— н жидких, и газообразных основное ко личество теплоты в топках передастся излучением пламени. Излучение горящего пламени (факела) прн тсплообменс в топках рассчитывается по специальным формулам (15). К»итри.>ли>к> ииириг>и и з>и!ичи 11.1. Сколько экранных алюминиевых полированных пластин следует поставить ы системе вакуумио-многослойной н>оляпки сушильного шкафа Лля уменьшения теиловига потоки излучении пс иеиег чеч иа 99,4,"и? Сушильный шкаф риботагг при температуре, ие иреиы>иаю>пей 2ПП 'С 1! 2 !(очем> с увеличением сидср кикин угиекис ии и гизи и з >иисфгре Земли (ири гжн. танин Пильшнк количегти органического топлива в процессе иринин шсгвгниай хгягельностк человека) возмохкпо потепление климата> Глава двенадцатая ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 12.!.
СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН Разделение теплопереноса на геплопроаодность, конвекцию и излучение удобно для изучения этих процессов. В действительности очень часто встречается сложный теплообмен, при котором теплота передается двумя или даже всеми тремя способами одновременно. Наиболее распространенным случаем сложного теплообмена является тепло- отдача от поверхности к газу (или от газа к поверхности). При этом имеет место коивективный тенлообмен между поверхностью и омывающим ее газом и, кроме того, та же самая поверхность излучает и поглощает энергию, обмениваясь потоками излучения с газом и окружающими предметами. В целом интенсивность сложного теплообмеиа в этом случае характеризуют суммарным коэффициентом теолоотдачи: сс=сх„+ею (!2.1) Обычно считают, что конвенция и излучение не влияют друг на друга Коэффициент теплоотдачи конвекцией сх„ считают по формулам, приведенным в гл.
!О, а под коэффициентом теплоотдачи излучением сх, понимают отношение плотности теплового потока излучением с), к разности температур поверхности и газа: Способы расчета теплового пагока излучением с). изложены в гл. !!. Пример !2.!. Рассчитать полный тепловой поток и суммарный коэффициент теплоотлачи от трубопровода 3„=0,1 м, )= 1О м, 1,=85 'С, использованного лля отопления саража, температура возлуха в хосорои 20, а стен 15 'С Отдельно коиэективиый !). и лучистый Ц, тепловые потоки для условий Лаииой задачи были найдены в примерах соответственно !02 и 1! ! Суммарный поток О=О.+О.= = !353+ 1360=2713 Вт Значение а. = =6.63 Вт/!м' ° К) известно, а гю будет равно 4 теплотехника о,=О,/(Р(1,— 1„))= =1360/(3,14.0,1 10(85 — 20])= =б,бб Вт/(м К).
Суммарное значение составляет в=а.+а,=- =6,63+6,66=!3,3 Вт/[и' К) Как вилно из примера, даже ири низких температурах вклад излучения в теплообмен между поверхностью и газам может быть значительным, особенно при низкой интенсивности теплоотаачи конвекцией В ряде случаев злияинеи одной из саставляхицих коэффициента теплоотдачи маж.
ио пренебречь. Например, с увеличением и ипературы резко возрастает тепловой поток излучением, поэтому в топках паровых кщлав и печей, где скорости течения газов невелики, а 1, ) 1000 'С, обычно принимают а=о, и, наоборот, пря теплообмеие поверхности с ссотоком напельиой жидкости определяющим яв. ляется конвективный теплообмеи, т. е, а=а, !2.2. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА МЕЖДУ ДВУМЯ ЖИДКОСТЯМИ ЧЕРЕЗ РАЗДЕЛЯЮЩУЮ ИХ СТЕНКУ Часто приходится рассчитывать стационарный процесс оереиоса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку (рис. !2,!). Такой процесс называется т е п л о и е р еда ч е й. Он объединяет все рассмотренные нами ранее элелсентарные процессы. Вначале теплота передается от горячего теплоносителя ! с к одной из поверхностей стенки путем конвективного тепло- обмена, который, как это показано в э 12.1, может сопровождаться излучением.
Интенсивность процесса теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи ис. Затем теплота теплопроводностью переносится от одной поверхности стенки к другой. Термическое сопротивление теплопроводности ))с рассчитывается по формулам, приведенным в $8.3, в зависимости от вида стенки 97 ( 1 1 2=(Л( + » а,рл откуда !«) !«2 Я— ! 1 +)лл+ 98 (ср. рис, 12,1 с рис. 8.2). И, наконец, теплота опять путем конвективного тепло. обмена, характеризуемого козффициен. том теплоотдачи ал, передается от поверхности стенки к холодной жидкости. При стационарном режиме тепловой поток л;! во всех трех процессах одинаков, а перепад температур между горячей и холодной жидкостями складывается из трех составляющих: !) между горячей жидкостью и поверхностью стенки, Обозначим 11„= =1/аГ, тогда согласно закону Ньютона †Рихма 2) между поверхностями стенки: !» ~ — (,.2 — — ЯЯ»; (12 4) 3) между второй поверхностью стенки, площадь которой может быть отлична от Е~ (например, для цилиндрической стенки), и холодной жидкостью: 1»2 !«2 2«л/(ал' 2) л«)~«2' (12'5) Просуммировав левые и правые части выражений (12.3), (12.4) и (12.5), ллолучим +)рл+, (12.6) ! С»2 2 !«! 1.2 (! 2.7) (~» Формула (12.7) пригодна для расчета процесса теплопередачи через любую стенку — плоскую, цилиндрическую, од.
послойную, многослойную и т. д. Отличия при этом будут только в расчетных формулах для Кл (см. 48.3). Величина (2,=1/(аг) называется термическим сопротивлени- Рис. 12. !. Распределение температуры пря передаче теплоты между двумя теплоносителями через плоскую стенку ем теплоотдачи, асуммарноетермическое сопротивление )?» — т е р м ическим сопротивлением тепл о п е р е д а ч и. Используя понятие термического сопротивления, мы опять свели формулу для расчета теплового потока к зависимости, аналогичной закону Ома: тепловой поток равен отношению перепада температур к сумме термических сопротивлений, между которыми этот перепад измеряется.
В процессе передачи теплоты через стенку между двумя теплоносителями тепловой поток преодолевает трн последовательно «включенных» термических сопротивления: теплоотдачи )?„ь теплопроводности )7» и снова теплоотдачи Ж,л. После расчета теплового потока л;3 из соотношений (12.3), (12.5) можно определить температуры на поверхностях стенки: 1ы ! Я)»л !ю=(«г+~Жа (!29) В случае теплопередачи через плоскую стенку (см, рис.
12.!), для которой )?л=б/(хг), а площади поверхностей плоской стенки одинаковы с обеих сторон (Р, = Е2= Р), удобнее рассчитывать плотность теплового потока д. Тогда (!2.?) преобразуется к виду г' 1/а, +б/8+1/а2 й= 1 (12.11) 1/аг + б/Л+ 1/аг * где А — коэффициент теплопер е д а ч и. Он характеризует интенсивность процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому через раздела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
