2.3.5. Процессы сложного теплообмена
В реальных условиях работы различных теплотехнических установок тепло-обмен имеет сложный характер, включающий в себя одновременно процессы передачи теплоты конвекцией, теплопроводностью и излучением. Так, передача теплоты от топочных газов к стенкам труб в котле и от стенки трубы - к жидкости осуществляется за счет теплоотдачи и излучения; суммарная плотность теплового потока от газов к стенке составляет
q = qк + qл = αк (tг – tс) + εэфС0 [εг(Tг /100)4 - (Tс /100)4] , (2.75)
где qк, qл – конвективная и лучистая составляющие плотности теплового потока; εэфС0 – эффективная степень черноты стенки трубы.
В тех случаях, когда конвективная составляющая плотности теплового потто-ка превышает лучистую, в качестве основного расчетного процесса принимают конвекцию. Если главную роль в процессе теплообмена играет лучистый теплообмен (qл > qк), то влияние конвекции учитывается соответствующим увеличением степени черноты , и плотность теплового потока определяется выражением
q = (εэф + εк)С0 [εг(Tг /100)4 - (Tс /100)4] , (2.76)
где εк - конвективная составляющая степени черноты стенки, определяемая из соотношения
εк = αк (tг – tс) / С0 [εг(Tг /100)4 - (Tс /100)4] , (2.77)
Р
ассмотрим
сложный процесс передачи теплоты
конвекцией, теплопро-водностью и
излучением через стенку толщиной ,
имеющий
коэффициент теплопроводности
(см. рис. 2.3). Количество теплоты, которое
передается от горячей жидкости с
температурой tж1
к единице поверхности стенки конвекцией
и излучением, проходит через нее за счет
теплопроводности и передается холодной
жидкости с температурой tж1
конвекцией и излучением, одно и то же.
Оно составляет:
q = qк1 + qл1 = (α1 + αл1) (tж1 – tс1);
q = (λ/δ) (tc1 - tc2);
q = qк2 + qл2 = (α2 + αл2) (tc2 – tж2).
Решая эту систему уравнений относительно разностей температур (tж1 – tс1),
(tc1 - tc2), (tc2 – tж2) и суммируя полученные выражения, получим
tж1 – tж2 = q /{[1/(α1 + αл1)] + (δ/λ) + [1/(α2 + αл2)]} = q / k0 , (2.78)
где k0 – коэффициент теплопередачи сложного процесса теплообмена, представ-ляющего совокупность одновременно протекающих процессов: конвективного переноса теплоты, излучения и теплопроводности. Коэффициент теплопередачи, т.е. знаменатель в выражении (3.21), учитывает коэффициенты теплоотдачи на поверхностях стенки α1, α2, толщину и теплопроводность стенки δ/λ и процессы передачи теплоты излучением (условные коэффициенты теплоотдачи αл1 и αл2).
С использованием коэффициента теплопередачи плотность передаваемого через стенку теплового потока рассчитывается по выражению
q = k0 (tж1 – tж2). (2.79)
Вопросы для самопроверки
1. Как преобразуется лучистая энергия, падающая на поверхность твердого тела?
2. Сформулируйте закон излучения Стефана-Больцмана.
3. Дайте определение степени черноты тела.
4. Для чего применяется экранирование излучающих поверхностей?
5. Опишите особенности излучения газов.
6. Как рассчитывается сложный теплообмен?