Билет №18 Вопрос 1. Закон Стефана-Больцмана

Закон был установлен опытным путем Стефаном (1879) и обоснован теоретически Больцманом (1881). Он устанавливает зависимость плотности потока интегрального излучения от температуры. Для абсолютно черного тела имеем:

В результате интегрирования:

где – постоянная Стефана-Больцмана, .

Это закон Стефана-Больцмана. В технических расчетах он применяется в более удобной форме:

где – лучеиспускательная способность абсолютно черного тела; = 5,67 .

Следовательно, энергия излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Строго этот закон справедлив лишь для абсолютно черных тел, однако опыты показывают, что он применим и для реальных тел:

где – степень черноты .

Когда теплообмен происходит в узком (избирательном) селективном диапазоне длин волн он зависит от температуры поверхности, от температуры газа, парциальных давлений отдельных компонентов газовой смеси, концентрации компонентов, объемной доли компонентов.

При рассмотрении теплообмена используют уравнение основанное на законе Стефана-Больцмана, но поглощательную характеристику или степень черноты системы газ–твердое тело необходимо находить из графических зависимостей, если известны геометрические характеристики объема топки, средняя длина пути луча.

Вопрос 2. Теплоотдача при пленочной конденсации

Конденсация происходит, если есть зона либо поверхность с температурой ниже температуры насыщения. Пленочная конденсация – конденсация в жидком состоянии на гидрофильной (хорошо смачиваемой) поверхности твердого тела, при которой образуется сплошная пленка жидкости.

При пленочной конденсации теплота пара передается поверхности пленки конденсата, представляющей собой значительное термическое сопротивление.

Коэффициент конденсации – это отношение числа молекул, захватывающихся поверхностью теплообмена к общему числу молекул, поступающих к этой поверхности. Коэффициент изменяется от 0 до 1.

Необходимое условие конденсации – пересыщенный пар: – отношение давления компонента к максимально возможному ( ненасыщенный, пересыщенный, насыщенный)

При рассмотрении теплообмена при фазовом переходе необходимо учитывать режим течения пленки конденсата на поверхности: ламинарное, турбулентное, переходное. При определенных направлениях или расположении поверхности нагрева пленка конденсата может увеличиваться по толщине или уменьшаться. Чем толще, тем меньше теплоотдача.

1. Пленочная конденсация на вертикальной поверхности:

где – скрытая теплота парообразования;

– плотность конденсата;

– плотность сухого насыщенного пара;

– коэффициент теплопроводности конденсата;

– коэффициент динамической вязкости конденсата;

– высота цилиндра;

– температура сухого насыщенного пара;

– температура поверхности.

2. Пленочная конденсация на вертикальной поверхности : – расстояние от кромки поверхности до рассчитываемой поверхности.

3. Ламинарный поток при пленочной конденсации Pr 0,5; :

4. ;

Вопрос 3. Интенсификация теплообмена при свободном движении жидкости

Рассмотрим характер свободного движения у нагретой вертикально расположенной пластинки (цилиндра). Имеет место свободная конвекция в неограниченном пространстве. Различают 3 области у нагретой поверхности. Первая располагается у нижней нагретой поверхности и характеризуется ламинарным движением, т.е. частицы имеют плавный характер. В начале толщина нагретого слоя жидкости мала, постепенно по высоте стенки в движение вовлекается все больше слоев жидкости и толщина ламинарного слоя увеличивается, местный коэффициент теплоотдачи уменьшается. Далее ламинарный слой начинает разрушаться и возникает переходная зона, где наблюдается отрыв потока от поверхности; продолжается увеличение толщины пограничного слоя, коэффициент теплоотдачи увеличивается. В турбулентной (вихревой) зоне происходит интенсивное перемешивание частиц между собой. Здесь толщина слоя остается постоянной.