8.7. Сложный теплообмен

Наряду с лучистым теплообменом в топочных устройствах проис­ходит и конвективный теплообмен, характеризующийся коэффициен­том теплоотдачи при соприкосновении газов со стенкой. Такой про­цесс теплообмена между стенкой и омывающей ее жидкостью, когда теплота передается путем конвекции, теплопроводности и лучеиспус­кания, называется сложным теплообменом, и фактически он наблюдается почти во всех случаях передачи теплоты между тела­ми. При сложном теплообмене общее количество переданной теплоты q_1-2 выражается суммой двух составляющих — теплоты, переданной при конвективном теплообмене q_к, и теплоты, переданной излучением q_л. Величины q_к и q_л зависят от температуры. Математическое выра­жение этой зависимости следующее:

, (8.47)

где Тг – температура жидкости или газа; Т_ст – температура тепловоспринимающей стенки; с_1-2 – приведенный коэффициент излучения.

Для удобства расчета второе слагаемое в написанном равенстве приводят к тому же виду, что и первое, т. е. полагают

, (8.48)

где _л – коэффициент теплоотдачи излучением, называемый также коэффициен­том лучистого теплообмена.

Коэффициент _л определяется из соотношения

(8.49)

Сумма _к + . _л = _общ называется общим, суммарным или эффективным коэффициентом теплоотдачи. Как следует из всёго изложенного выше, _общ представляет собой весьма сложную величину, зависящую в общем от всей совокупности факторов, характеризующих конвек­тивный теплообмен и теплообмен излучением. Наиболее сильное влияние на _общ оказывает температура. Например, для случая теплообмена тела с воздухом при естественной конвекции: = 0°С; Сr ^. Рr = 10⁸ 10¹²; c_1-2 = 4,7 Вт/ (м^{2 .} К⁴),

При t = 150 °С _л = _к = 8,3 Вт/ (м² • К), при t = 500 °C _л больше _к примерно в 4 раза, а при t = 1000°С _л превышает _к бо­лее чем в 20 раз.

Задание 8. Определить удельный лучистый тепловой поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры t₁ и t₂ и степени черноты ε₁ и ε₂, если между ними нет экрана. Определить q при наличии экрана со степенью черноты ε_э (с обеих сторон). Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 8.2.

Ответить на вопросы:

во сколько раз уменьшится тепловой поток, если принять в вашем варианте задачи ε_э = ε₁ по сравнению с потоком без экрана?

для случая ε₂ = ε₁ определите, какой экран из таблицы даст наихудший эффект и какой - наилучший.

Таблица 8.2

Числовые данные к заданию 8

Последняя цифра шифра	Степени черноты стенок			Предпоследняя цифра шифра	Температура стенок, °С
	ε1	ε2	εЭ		t1	t 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0,5 0,55 0,6 0,52 0,58 0,62 0,7 0,65 0,75 0,8	0,6 0,52 0,7 0,72 0,74 0,54 0,58 0,62 0,73 0,77	0,04 0,045 0,05 0,02 0,03 0,025 0,032 0,055 0,06 0,023	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	200 250 300 350 400 450 500 550 600 650	30 35 25 20 40 45 50 55 60 65