 |
Теплообмен излучением между ограждающей поверхностью и газами
|
|
|
|
Теплообмен излучением между ограждающей поверхностью и газами
Излучение газов имеет свои особенности и законы. Одно- и двухатомные газы являются прозрачными; излучают и поглощают лучистую энергию трех- и многоатомные газы (СО2, Н2О, SО2, NH3 и др. ). Спектр излучения и поглощения трех- и многоатомных газов является селективным (избирательным), т. е. эти газы излучают и поглощают в определенных интервалах длин волн, называемых полосами. Так, у углекислого газа имеются три основные полосы: первая полоса в интервале длин волн λ 1 = 2, 36 - 3, 02 мкм, вторая полоса λ 2 = 4, 01 - 4, 8 мкм и третья полоса λ 3 = 12, 5 - 16, 5 мкм. В отличие от твердых тел излучение и поглощение энергии газами происходит не в их поверхностном слое, а во всем объеме.
По мере прохождения лучистого потока через объем многоатомных газов его энергия вследствие поглощения непрерывно уменьшается. Это ослабление зависит от природы газа, его температуры и числа молекул, находящихся на пути луча. Число молекул пропорционально толщине слоя газа (l) и плотности газа, значение которой пропорционально его парциальному давлению рi. Излучение газов не подчиняется закону Стефана- Больцмана. Однако для технических расчетов условно принимают, что суммарная плотность излучения газов, так же как и излучение твердых тел, пропорциональна четвертой степени их абсолютной температуры
(28)
где ε г = f(рi, l, Т) – степень черноты газа.
Приближенные значения средней длины пути луча могут быть найдены из соотношения
(29)
где V –объем газа; F – площадь поверхности его оболочки.
Степень черноты газовых смесей определяется как сумма степеней черноты отдельных компонентов.
|
|
|
Плотность теплового потока, передаваемая излучением газами ограждающей поверхности, можно вычислить по приближенной формуле
(30)
где ε с. г – приведенная степень черноты системы газ - поверхность
, (31)
где ε с – степень черноты ограждающей поверхности.
Часто в технических устройствах теплота одновременно передается конвекцией и излучением. Тогда суммарная плотность теплового потока q определяется по уравнению
(32)
где Tг, Tc – абсолютная температура газов и стенки, К; α – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, α = α к + α л.
Коэффициент теплоотдачи излучением можно определить по формуле
(33)
где Тmа = 0, 5 (Тг+ Tc) –среднеарифметическая температура, К.
При теплообмене ограждающей поверхности с капельной жидкостью излучение отсутствует, так как капельные жидкости даже при небольших толщинах слоя непрозрачны. В этом случае α =α к.
Сложный теплообмен (теплопередача)
Процесс передачи теплоты от одной среды (теплоносителя) к другой среде (теплоносителю) через разделяющую их стенку называется теплопередачей и состоит из процессов теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки кхолодному теплоносителю.
При установившемся процессе теплопередачи средние температуры горячего и холодного теплоносителей остаются постоянными вдоль поверхности стенки, а тепловой поток сохраняет неизменное значение.
Расчетная формула стационарного процесса теплопередачи имеет следующий вид
, (191)
|
|
|
где Q – тепловой поток; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙ К); F – площадь поверхности теплопередачи; 
= (tж1 – tж2) – средний температурный напор (средняя разность температур между теплоносителями).
Коэффициент теплопередачи k выражает количество теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади поверхности при температурном напоре равном 1 градусу.
В большинстве случаев при движении теплообменивающихся жидкостей вдоль поверхности теплообмена их температуры изменяются. Коэффициент теплопередачи также изменяется вдоль поверхности теплообмена.
Однако во многих случаях можно рассматривать величину коэффициента теплопередачи постоянной по всей поверхности теплообмена, а разность температур между жидкостями принимать средней по поверхности теплообмена.
В этом случае для определения теплового потока имеем следующее соотношение:
. (192)
Коэффициент теплопередачи имеет очень важное прикладное значение. В зависимости от принятой схемы расчета теплопередачи величина k относится к единице поверхности или длины стенки.
Расчетные формулы для определения коэффициента теплопередачи в том или другом случае, а также соотношения для определения среднего температурного напора (средней разности температур) рассматриваются ниже.
|
|
|
