Свойства прозрачных веществ

Рис. 3.15. Зависимость спектрального коэффициента пропускания от длины волны для стекла (0,15% ИегОз) толщиной 4,8 и 0,9 мм (а) и полиэтилена (б). Обратите внимание на разрыв графика при К = 0,7 мкм

67

6. Теплоперенос посредством теплоносителя

Теплоперенос при свободной и вынужденной конвекции (см. § 3.4) осуществляется за счет перемещения частиц жидко­сти или газа. При конвективном теплопереносе большое зна­чение имеют процессы в температурном пограничном слое. Од­нако на практике во многих процессах теплопереноса с помощью движущейся жидкости стадия теплообмена между поверхностью и жидкостью или отсутствует, или рассматривается отдельно. Примером может служить процесс переноса тепла от приемника солнечной энергии к аккумулятору тепла с помощью теплоноси­теля. При анализе таких процессов рассматривается только стадия теплопереноса тепла теплоносителем.

Теплоперенос без фазовых превращений в теплоносителе. Рас­смотрим течение жидкости в нагретой трубе (рис. 3.16). Соглас­но (2.6) количество тепла, выносимого жидкостью в единицу времени из контрольного объема, которое, очевидно, передается ей при теплообмене с трубой, равно

P_m—tnc(Tz — T\), (3.48)

где m — массовый расход жидкости в трубе, кг/с, а Т\ и Тз — температуры жидкости в начальном и конечном сечении конт-

Рис. 3.16. Течение в трубе при наличии теплопровода. Предполагается, что к жид- кости подводится в единицу времени коли- чество тепла, равное P_m — thc (Tz — T\), при этом сам процесс переноса тепла от стенки трубы в жидкость (2) не рассматрива- ется (штриховой контур — контрольный объем)

Жидкость

Рис. 3.17. Теплоперенос при наличии фазовых переходов. Жидкость, испаряясь, поглощает тепло, а затем, конденсируясь, отдает его

рольного объема соответственно. Если температуры Т\ и Тз из­вестны (например, из экспериментов), мощность Р_т можно рас­считать, не вдаваясь в детали процесса теплообмена в трубе. Термическое сопротивление этого процесса определяется выра­жением

R_m = (Г₃ - Т_х)/Р_т = 1 /тс. (3.49)

Следует подчеркнуть, что количество тепла Р_т, предаваемого трубой жидкости, зависит от ее скорости, т. е. от расхода, поэ­тому температура Т₃ не является независимой переменной, как в случае теплопроводности, излучения и свободной конвекции. Это следует иметь в виду, пользуясь (3.49).

Теплоперенос при наличии фазовых превращений в тепло­носителе. Наиболее эффективен теплоперенос, в котором участ­вует скрытая теплота испарения или конденсации. Например, скрытая теплота испарения 1 кг Н₂0 равна 2,4 МДж, что го­раздо больше, чем требуется для нагрева 1 кг НгО на 100° С (0,42 МДж). На рис. 3.17 показана схема теплопереноса, ис­пользующего фазовые превращения, когда тепло от источника передается приемнику соответственно при испарении и конденса­ции жидкости. Переносимая при этом в единицу времени тепловая энергия

P_m = mL, (3.50)

где m — массовая скорость испарения или конденсации жйдко- сти; L — скрытая теплота испарения. Данная зависимость наи­более удобна, когда известна m (например, из экспериментов).

Теоретическое определение скорости испарения чрезвычайно сложно, так как этот процесс зависит от многих факторов, таких как плотность, вязкость, теплоемкость и теплопроводность жид­кости и пара, скрытая теплота фазового перехода, разность температур и давлений, размер и форма поверхностей, их спо­собность создавать центры конденсации. Более подробно об этом можно узнать в специальной литературе.

69