Пример решения задания 8.

Исходные данные: t₁=200°С; t₂=30°С; ε₁=0,52; ε₂=0,72; ε_э=0,02.

Определить: величины q_о и q_э.

Порядок расчёта

1. Определяем величину теплового потока излучением между поверхностями (без экрана) по формуле (8.30):

.

Приведенный коэффициент излучения системы тел равен

здесь С_о=5,67 Вт/(м²·К⁴) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

2. Находим лучистый тепловой поток между поверхностями q_э при установке полированного экрана со степенью черноты ε_э=0,02 с обеих сторон экрана.

Предварительно определим приведенный коэффициент излучения поверхностей и экрана

3. Рассчитываем лучистый поток между поверхностями при установке полированного экрана по формуле (8.41):

Отсюда следует, что установка одного полированного экрана уменьшает теплообмен излучения примерно в 45,5 раза и составляет 2,2% от величины теплообмена излучением без экрана.

4. Определим лучистый поток между пластинами при установке шероховатого экрана со степенью черноты ε_э=ε₁.

Приведенный коэффициент излучения пластины и экрана равен

Лучистый поток равен

Таким образом лучистый поток между пластинами при применении шероховатого экрана уменьшается в 2,5 раза.

Задание 9. Горизонтальный трубопровод с наружным диамет­ром d=0,25 м, длиной l=20 м имеет температуру поверхности t_ст, степень черноты поверхности ε₁=0,72. Определить количество тепла, которое отдает трубопровод в окружающую среду излуче­нием и конвекцией, кВт (в условиях свободного движения возду­ха), если температура воздуха t_в = 23°С. как изменится суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением (отношение суммарного удельного теплового потока к разности температур поверхности и среды), если при прочих неизменных условиях пу­тем специального покрытия уменьшить степень черноты поверх­ности до ε₂?

Таблица 8.3

Числовые данные к заданию 9

Величина	Последняя цифра учебного шифра
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
tст, °С ε2	300 0,30	290 0,28	280 0,26	270 0,25	260 0,24	250 0,22	240 0,20	230 0,16	220 0,12	210 0,10

Пример решения задания 9.

Исходные данные: d=0,25 м; l=20 м; t_ст=250°С; ε₁=0,72; t_в=23°С.

Определить: Q_л, Q_к, α_общ при ε₂=0,22.

Порядок расчёта

Трубопровод отдаёт тепло во внешнюю среду в условиях свободного движения воздуха за счёт совместного действия конвекции и излучения.

1. Находим по табл. (прил. 2) теплофизические характеристики воздуха при t_в=23°С:

λ_ж=0,0261 Вт/(м·К); ν_ж=15,34·10^–6 м²/с; Pr_ж,d=0,703.

2. Находим коэффициент термического расширения воздуха

3. Находим значение критерия Грасгофа по формуле (4.31):

4. Определяем по формуле (5.29) критерий Нуссельта:

5. Находим коэффициент теплоотдачи трубы за счёт конвекции α_к, используя уравнение (4.24):

6. Находим тепловой поток за счёт конвекции по формуле:

Q_к = α_к(t_ст–t_в)·F = πdlα_к (t_ст–t_в)=3,14·0,25·20·8,91(250–23)=31754 Вт = =31,75 кВт.

7. Находим лучистый тепловой поток по формуле (8.30):

8. Общий тепловой поток, отдаваемый трубой во внешнюю среду, равен

Q_общ=Q_к + Q_л=31,75+42,76=74,51 кВт.

9. Общий коэффициент теплоотдачи трубы во внешнюю среду за счёт конвекции и излучения равен

10. Находим плотность потока излучения трубы при уменьшении степени черноты её поверхности до ε₂=0,22:

11. Вычисляем коэффициент теплоотдачи излучением при ε₂=0,22:

12. Общий коэффициент теплоотдачи трубы будет равен

α΄_общ = α_к + α΄_л =8,91+3,67=12,58 Вт/(м²·К).

13. Таким образом, при покрытии поверхности трубы полированным экраном общий коэффициент теплоотдачи уменьшился на величину 20,9/12,58=1,66, т.е. в 1,66 раза.

ТЕСТЫ

1. Наибольшую энергию излучения даёт:

а) видимое излучение;

б) рентгеновское излучение;

в) инфракрасное излучение;

г) ультрафиолетовое излучение;

д) радиоволны.

2. Инфракрасные лучи характеризуются длиной волны , мкм:

а) 1·10^–6 ÷ 20 ^. 1·10^–3; б) 0,4 ÷ 0,8; в) 0,8 ÷ 800; г) 20 ^. 10^–3 ÷ 0,4.

3. Лучистый поток – это поток частиц:

а) пыли; б) ионов; в) молекул; г) фотонов; д) β – частиц.

4. Абсолютно чёрное тело:

а) полностью отражает тепловые лучи;

б) полностью пропускает тепловые лучи;

в) полностью поглощает тепловое излучение.

5. Сумма поглощательной, отражательной и пропускательной способностей любого тела равна:

а) 2,0; б) 3,5; в) 4,0; г) 1,0; д) 1,5.

6. Монохроматическая интенсивность излучения твёрдых тел с ростом длины волны от 0 до :

а) остается постоянной;

б) вначале уменьшается, затем увеличивается;

в) постоянно увеличивается;

г) вначале увеличивается, затем уменьшается.

7. Интегральная энергия излучения по закону Стефана - Больцмана пропорциональна абсолютной температуре:

а) в первой степени;

б) в четвёртой степени;

в) в третьей степени;

г) в пятой степени.

8. Интенсивность излучения данного тела и абсолютно чёрного тела при той же температуре составляет соответственно 1600 и 2000 Вт/м². Степень черноты тела равна:

а) 0,2; б) 0,8; в) 0,4; г) 0,9; д) 0,5.

9. Поверхность стального изделия имеет температуру t = 727^оС и степень черноты = 0,7. Плотность собственного излучения поверхности изделия Е, Вт/м², равна:

а) 50000; б) 39700; в) 76200; г) 21400; д) 68700.

10. Лучистый тепловой поток между двумя плоскими равно нагретыми параллельными пластинами, имеющие степень черноты ₁ = = ₂, равен 5000 Вт/м². При установке между пластинами одинарного экрана со степенью черноты _э = ₁ = ₂ лучистый поток будет равен, Вт/м²:

а) 4000; б) 2500; в) 3000; г) 1000; д) 500.

11. Объем газового слоя составляет V = 12м³, полная поверхность окружающих стенок F = 28 м². Средняя длина пути для газового слоя i, м, равна:

а) 1,54; б) 3,45; в) 4,15; г) 2,85; д) 1,25.