Приклад 5

Визначити кількість тепла, що проходить за 1 годину через 1м стінки приміщення, побудованого з будівельної цегли, покритої з обох боків штукатуркою, якщо температура на внутрішній поверхні стінки , на зовнішній . Товщина стінки , товщина штукатурки з кожного боку стінки . Коефіцієнт теплопровідності стінки , штукатурки

Дано: Розвязання

Кількість тепла, що проходить через стінку приміщення за

певний проміжок часу, визначається за формулою

=0,38м

=0,015м де - густина теплового потоку, ;

S - площа поверхні стінки,

- час, с.

Q - ? Визначимо густину теплового потоку:

Кількість тепла, що проходить за годину:

Питання для самоперевірки

1. Які способи поширення теплоти існують?

2. Що таке теплопровідність?

3. Як записується закон Фур’є ?

4. Як визначити густину теплового потоку ?

2. .Конвективний теплообмін. Променистий теплообмін. Програмні питання

Закон Ньютона-Ріхмана. Коефіцієнт тепловіддачі. Тепловіддача при вільному і вимушеному русі рідини, за різних умов обтікання тіл. Густина теплового потоку при конвективному теплообміні.

Поняття про абсолютно чорне, біле і сіре тіло.

Закон Стефана-Больцмана для абсолютно чорного і сірого тіл; ступінь чорноти тіла. Вплив випромінювання газів на теплообмін. Густина теплового потоку під час променистого теплообміну.

Прочитайте

Л -1, ст. 150-156; Л -2, 99-118.

Теоретичні відомості

Конвективним теплообміном або тепловіддачею дотиканням, називається теплообмін між поверхнею і теплоносієм (рідиною або газом), що омиває цю поверхню.

Величина теплового потоку Q при конвективно му теплообміні визначається за законом Ньютона – Ріхмана :

(2.1)

де α – коефіцієнт тепловіддачі.

Поділивши почленно рівняння (6) на F, знайдемо густину теплового потоку:

[ Вт/м ] (2.2)

З формули (6) визначаємо коефіцієнт тепловіддачі:

[ ] (2.3)

Отже, коефіцієнт тепловіддачі α чисельно дорівнює густині тепло­вого потоку, який встановлюється між теплоносієм і стінкою при різ­ниці температур рідини і стінки в 1° С.

На величину коефіцієнта тепловіддачі α впливають такі фактори, як вид рідини чи газу та їх фізичні властивості (в'язкість, густина, теплопровідність, теплоємність тощо); швидкість руху рідини чи газу (зі збільшенням швидкості α зростає); характер руху рідини чи газу (струминний — ламінарний чи вихровий — турбулентний); форма й шорсткість поверхні стінки.

При плівчастій конденсації конденсат осідає на поверхні тіла (трубки) у вигляді суцільної плівки, що рухається відносно поверхні. Чим товща плівка конденсату, тим більший опір вона чинить теплу, яке переходить від пари до стінки. Якщо стінка або труба вкрита плів­кою конденсату й рух рідинної плівки є струминним (ламінарним), тепло через плівку передається теплопровідністю. Густину теплового потоку при цьому визначають за формулою:

[Вт/м²], (2.4)

де λ - коефіцієнт теплопровідності конденсату, Вт/(м•К);

δ - товщина плівки, м;

t_н - температура насиченої пари, "С;

t_ст - температура стінки, ° С.

Одночасно густина теплового потоку при конвективному тепло­обміні

(2.5)

Прирівнявши ці вирази, дістанемо:

(2.6)

тобто коефіцієнт тепловіддачі α при конденсації тим вищий, чим більша теплопровідність конденсату і чим тонший шар його на стінці, що охолоджується.

При краплинній конденсації конденсат осідає на поверхні, що охолоджується, у вигляді окремих крапель. Краплинна конденсація нестійка і можлива тільки тоді, коли в парі є домішки маслянистих речовин або замаслена сама поверхня. При чистій парі і чистій або шорсткій поверхні завжди спостерігається плівчаста, конденсація.

Процес передачі тепла від одного тіла (більш нагрітого) до другого (менш нагрітого) через випромінювання називається променистим теплообміном.

Випромінювання — це електромагнітні хвилі тієї чи іншої довжини. Залежно від довжини хвиль розрізняють випромінювання рентгенівське, ультрафіолетове, інфрачервоне тощо.

Для променистого теплообміну найбільш властиве інфрачервоне, або теплове випромінювання. Різні тіла проявляють різну здатність щодо поглинання і випро­мінювання променистої енергії.

Тіла, які повністю поглинають теплові промені, називаються абсолютно чорними; тіла, які всю променисту енергію відбивають, називаються абсолютно білими. У природі немає ні абсолютно чорних, ні абсолютно білих тіл, але деякі реальні тіла наближаються до них. Наприклад, сажа, оксамит, іній мають великий коефіцієнт поглинання (А ≈ 0,97) і тому вважаються абсо­лютно чорними; поліровані метали мають коефіцієнт відбивання також близький до 1 (R≈ 0,97) і тому наближаються до абсолютно білих. Крім абсолютно чорних і абсолютно білих тіл, є ще тіла діатермічні, що пропускають крізь себе всю променисту енергію без найменшого поглинання чи відбивання. До діатермічних тіл належать прості двох­атомні гази О₂, N₂, Н₂, для яких коефіцієнт пропускання D≈ 1.

За законом Стефана-Больцмана кількість променистої енергії, що випромінюється абсолютно чорним тілом, пропорційна абсолют­ній температурі в четвертому степені, тобто

Е₀ = σ₀T⁴ [Вт/м²] (2.7)

де σ₀ — константа випромінювання абсолютно чорного тіла; σ₀ = 5,67 . 10^-8 Вт/(м² • К⁴).

Для зручності розрахунків у формулу (2.7) вводять величину σ₀ • 10⁸, тоді рівняння закону Стефана—Больцмана, набере такого вигляду:

(2.8)

де С₀ - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла; С₀ =5,67 Вт/(м² К⁴).

Дійсні тіла, що застосовуються на практиці, не є абсолютно чор­ними і випромінюють менше теплової енергії при тій самій темпера­турі. Такі тіла називають сірими, а їх випромінювання — „сірим випромінюванням”.

Випромінювану енергію сірих (густину теплового потоку) тіл визначають за законом Стефана— Больцмана

[Вт/м²] (2.9)

де С—коефіцієнт випромінювання даного сірого тіла.

Питання для самоперевірки

1. Дати визначення тепловіддачі і записати закон Ньютона-Ріхмана.

2. Який фізичний зміст коефіцієнта теплообміну?

3. Які фактори впливають на величину коефіцієнта тепловіддачі?

4. Як здійснюється променистий теплообмін між тілами?

5. Сформулювати закон Стефана-Больцмана для абсолютно чорного і сірого тіл.