3. Основное уравнение теплопередачи

Общая кинетическая зависимость для процессов теплопередачи, вы­ражающая связь между тепловым потоком Q' и поверхностью теплооб­мена F, представляет собой основное уравнение тепло­передачи:

_{Q′ = KFtср} (XI.4)

где К — коэффициент теплопередачи, определяющий среднюю скорость передачи тепла вдоль всей поверхности теплообмена; t_ср — средняя разность температур между тепло­носителями, определяющая среднюю движущую силу процесса теплопередачи, или тем­пературный напор;  — время.

Согласно уравнению (XI,4), количество тепла, передаваемое от более нагретого к более холодному теплоносителю, пропорционально поверх­ности теплообмена F, среднему температурному напору t_ср и времени .

Для непрерывных процессов теплообмена уравнение теплопередачи имеет вид

_{Q =Q′/ = KFtср} (XI,5)

Из уравнения (XI,4) вытекают единица измерения и физический смысл коэффициента теплопередачи. Так, при F = 1 м², t_ср = 1 град и  = 1 сек

или при выражении Q' в ккал/ч

Таким образом, коэффициент теплопередачи показывает, какое коли­чество тепла (в дж) переходит в 1 сек от более нагретого к более холодному теплоносителю через поверхность теплообмена 1 м² при средней разности температур между теплоносителями, равной 1 град.

Средний температурный напор зависит от характера изменения тем­ператур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.

4. Тепловое излучение

Длины волн теплового излучения лежат в основном в невидимой (ин­фракрасной) части спектра и имеют длину 0.8-40 мк. Они отличаются от видимых световых лучей только длиной (длина световых волн 0.4-0.8 мкм).

Твердые тела обладают сплошным спектром излучения: они способны испускать волны всех длин при любой температуре. Однако интенсивность теплового излучения возрастает с повышением темпера­туры тела, и при высоких температурах (примерно при t  600 °С) лучи­стый теплообмен между твердыми телами и газами приобретает доминирующее значение.

Тепловое и световое излучения имеют одинаковую природу и поэтому характеризуются общими законами: лучистая энергия распространяется в однородной и изотропной среде прямолинейно. Поток лучей, испускае­мый нагретым телом, попадая на поверхность другого, лучеиспускающего тела, частично поглощается, частично отражается (при этом угол падения равен углу отражения) и частично проходит сквозь тело без изменений.

Пусть Q_л — общая энергия падающих на тело лучей, Q_пoгл — энергия, поглощенная телом, Q_oтp — энергия, отраженная от поверхности тела, и, наконец, Q_np — энергия лучей, проходящих сквозь тело без изменений. Тогда баланс энергии составит:

Q_пoгл + Q_oтp +Q_np = Q_л (XI.16)

или в долях от общей энергии падающих лучей

(XI.l6a)

В пределе каждое из трех слагаемых может быть равно единице, если каждое из оставшихся двух равно нулю.

При Q_погл/Q_л = 1 и соответственно при Q_отр/Q_л = 0 и Q_np/Q_л = 0 тело полностью поглощает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно черными.

При Q_отр/Q_л = 1 и Q_погл/Q_л = 0; Q_np/Q_л = 0 тело отражает все пада­ющие на него лучи. Эти тела называются абсолютно белыми.

При Q_np/Q_л = 1 (в этом случае Q_погл/Q_л = Q_отр/Q_л = 0) тело пропу­скает все падающие лучи. Такие тела называются абсолютно про­зрачными, или диатермичными.

Абсолютно черных, абсолютно белых или абсолютно прозрачных тел реально не существует. Все тела в природе, которые поглощают, отра­жают и пропускают ту или иную часть падающих на них лучей, назы­ваются серыми телами.

Из реальных тел к абсолютно черному особенно приближается сажа, которая поглощает 90-96% всех лучей. Наиболее полно отражают пада­ющие на них лучи твердые тела со светлой полированной поверхностью. Большинство твердых тел относится к числу практически непрозрачных тел, зато почти все газы, исключая некоторые многоатомные газы, являются прозрачными, или диатермичными.