4. Основные законы теплового излучения (Вина, Кирхгофа, Стефана-Больцмана). Степень черноты. Тепловые экраны.

• Закон смещения Вина: с увеличением абсолютной температу­ры максимальная длина волны смещается к области более коротких волн.

• Закон теплового излучения Кирхгофа: чем больше тело излу­чает, тем больше оно и поглощает, или излучательная способность тела прямо пропорциональна поглощательной при той же температуре.

• Закон Стефана-Больцмана для реального тела: излучатель­ная способность реального тела Е зависит от степени черноты тела и пропорциональна четвертой степени ею абсолютной температуры Т.

• Для большинства твердых (серых) тел вместо поглощательной способности оперируют понятием степени черноты реального тела. Степень черноты реального тела ξ — отношение иэлучательной спо­собности данного тела Е к излучательной способности абсолютно чер­ного тела E₀ при той же температуре: ξ = (E/E₀)_T. Степень черноты реального тела б то же самое, что и поглощательная способность тела: ξ = A.

Для интенсификации лучистого теплообмена необходимо увели­чить температуру излучающего тела и усилить приведенную степень черноты системы. Наоборот, для уменьшения теплообмена необходимо снизить температуру излучающего тела и уменьшить приведенную степень черноты системы. В тех же случаях, когда температуру изме­нить нельзя, для снижения лучистого теплообмена / защиты от излучения применяют тепловые экраны.

В этом случае между горячим 1 и холодным 2 телом ставят тонкостенный эк­ран из непрозрачного вещества. Постановка одного экрана уменьшает при прочих одинаковых условиях количество передаваемой лучистой теплоты в два раза. Постановка n экранов уменьшает количество пере­даваемой лучистой теплоты Q₁₂ в (n +1) раз, т.е. Q₁₂ / (n+1).

Еще больший эффект снижения лучистого теплообмена получает­ся, если применяются экраны с малой степенью черноты. Так, если ме­жду двумя плоскими поверхностями со степенью черноты ξ_п установ­лены n экранов со степенью черноты ξ_э, то

Q_э = Q₁₂ / [1 + n · (2 – ξ_э) / (2 – ξ_п) · ξ_п / ξ_э]

Следовательно, установка лишь одного экрана со степенью черно­ты ξ_э = 0,2 между поверхностями с ξ = 0,7 дает снижение лучистого потока теплоты Q₁₂ в 6 раз. Применение экранов позволяет использо­вать одновременно в качестве тепловой изоляции и воздушные про­слойки.

5. Общий или сложный теплообмен.

Разделение общего процесса переноса теплоты на элементарные явления: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение – производится в основном из методологических соображений. В действительности эти же явления протекают одновременно, влияют друг на друга и такое совокупное (совместное) воздействие носит название – общий или сложный теплообмен.

6. Теплообмен при кипении жидкости.

Кипением называется процесс образования пара в жидкости, нагретой выше температуры насыщения. Для процесса кипения необходимы три основных условия:

1. перегрев жидкости – нагрев жидкости до температуры насыщения (температуры кипения при соответствующем давлении) и более;

2. наличие центров образования пузырьков пара на поверхности стенки или внутри объема жидкости, каковыми могут служить взвешенные частицы, неровности поверхности стенок, углубления, впадины, трещины, присущие в той или иной мере шероховатой поверхности твердой стенки;

3. постоянный подвод теплоты

Различают два основных режима кипения: пузырьковое и пленочное.

Пузырьковое кипение имеет наибольшее распространение в практических условиях (паровые котлы, стальные экономайзеры).

При определенных условиях, когда жидкость в основном не соприкасается с поверхностью нагрева, а отделена от стенки непрерывно восстанавливающейся паровой пленкой, пузырьковый режим переходит в пленочный режим кипения.