Тепловые балансы

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, то уравнение теплового баланса примет следующий вид:

Q = G₁с₁(t_1н-t_1к) = G₂c₂(t_2н-t_2к),

где с₁, c₂ – теплоемкости горячего и холодного теплоносителя (при средней температуре теплоносителя) Дж/кг*град.

Если теплообмен протекает с изменением агрегатного состояния (процессы конденсации, испарения, плавления) количество теплоты будет определяться

Q = G r

где r – удельная теплота фазовых превращений, Дж/кг.

Тепловое излучение

Возникновение потока лучей в результате превращения тепловой энергии в лучистую называют излучением.

По физической сущности тепловое излучение аналогично излучению света и следует одним и тем же законам отражения, преломления и поглощения, отличаясь лишь длиной волны. Длина видимых (световых) волн составляет = 0,4-0,8 мкм, а тепловых (инфракрасных) – 0,8-800 мкм.

О собенности

Твердые тела, жидкости	Газы
1. Излучают волны всех длин при любой температуре. Спектр излучения сплошной. 2. Все поглощают и выделяют тепловую энергию. 3. Излучение происходит только с поверхности.	1. Излучают определенные длины волн. Спектр излучения линейчатый. 2. Н2, О2, N2 – не излучают и не поглощают тепло – диатермичны. Активными являются трехатомные газы СО2 – как следствие парниковый эффект. 3. Излучают по всему объему.

Когда поток излучения Q_и из окружающей среды попадает на какое-либо тело, то в общем случае часть этого потока Q_R отражается от тела, часть Q_А поглощается телом и часть Q_D проходит через тело.

Тогда уравнение баланса энергии в общем виде запишется как:

Q_и = Q_R + Q_А + Q_D

В долях от общей энергии излучения Q_R / Q_и + Q_А / Q_и + Q_D / Q_и = R+A+D=1

Если А=1 (соответственно R=D=0), это означает, что тело полностью поглощает все падающие на него лучи, а называется оно – абсолютно черным (например технический углерод – сажа, полая сфера с небольшим отверстием). При R=1 (соответственно A=D=0) тело отражает падающие на него лучи. Называется абсолютно белым (пример тела с полированной поверхностью). При D=1 (соответственно R=A=0) тело пропускает все падающие на него лучи. Тело абсолютно прозрачное, или диатермическое.

В природе нет абсолютно черных, белых и прозрачных тел. Соотношения между A, R и D зависят от природы тела, его температуры и характера поверхности. Однако твердые тела и жидкости практически нетеплопрозрачны. Газы в большинстве своем диатермичны.

Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности тела, называют излучательной способностью Е данного тела:

– излучательная способность абсолютно черного тела. Уравнение носит название Стефана-Больцмана, из которого следует: излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности.

k₀ – константа излучения (Больцмана).

k₀ = 5,87*10^-8, Вт/м²К⁴ – для черного тела.

В технических расчетах закон Стефана-Больцмана удобнее применять в иной форме:

,

где С₀ = 5,87, Вт/м²К⁴ – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

– для серого тела,

где =С/С₀ – степень черноты серого тела; С – коэффициент излучения серого тела.

Степень черноты справочная величина, всегда меньше единицы, зависит от природы материала, температуры и состояния его поверхности (полированная или шероховатая).

В процессе переноса тепла оба тела излучают и поглощают. (Количество тепла Q_и, передаваемого посредством излучения от более нагретого твердого тела 1, имеющего температуру Т₁, к менее нагретому телу с температурой Т₂, определяется по уравнению):

– приведенный коэффициент излучения (справ. величина).

C_1-2=f(С₁, С₂, форма тел, поверхность тел).