Тема15. Теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой

1. Да, Эффективный поток излучения пластины складывается из собственного излучения пластины и той доли эффективного излучения, идущей от параллельной пластины, которая отражается от первой.

2. Да, потому что черное тело обладает большей поглощаемостью энергии. В случае одинаковых температур серое тело излучает больше лучистой энергии, чем черное.

3. Нет. При равных условиях черное тело обладает большей поглощательной способностью.

4.Да, в том случае, если тела, окружающие серое тело, выделяют много больше энергии, чем тела, окружающие черное.

5. Да, так как поглощательная способность определяет долю поглощаемой энергии. Количество поглощаемой энергии может изменяться при изменении температуры окр. среды, а коэффициент поглощательной способности тела будет оставаться тем же.

6. Да, так как результирующее излучение  представляет собой разность между собственным излучением тела и той частью падающего внешнего излучения, которое поглощается.

7. Да, так как от формы и расположения приемника зависит то, сколько энергии он отразит от себя. В сумме с собственным отраженное излучение даёт эффективное.

8. Да, но только в случае абсолютно черного тела.

9. Нет, закон охватывает только излучение абсолютно черного тела.

10. Да, так как расположение определяет расстояние от источников, которое учитывается в расчетной формуле для поглощательной способности.

11. Нет, температура источника влияет на количество излучения, но не на поглощательную способность тел.

12. Нет.

13. Да, только значение радиуса будет меньше.

14. Нет, нужно еще знать время, за которое луч проходит от одной площадки до другой.

Тема 16. Сложный теплообмен в поглощающих средах

1. Нет, спектральный коэффициент поглощения это безразмерная величина.

2. Нет, максимальная у абсолютно черного тела, равная 1.

3. Нет, оптическая длина - это безразмерная величина.

4. Да, закон Бугера выражает ослабление интенсивности при распространении излучения в окружающей среде.

5. Да, потому что число соударений молекул и выделения энергии у них больше.

6. Да, у многоатомных газов выше теплообмен.

7. Да, так как поглощательная способность - это отношение поглощаемого излучения к падающему. Если толщина слоя остается той же, а плотность увеличивается, значит образовались новые молекулы газа, тем самым увеличилась и поглощательная способность.

8. Нет, так как давление увеличивается из-за образования новых молекул.

9. Да, так как между ними обратно пропорциональная связь.

10.Нет, степень черноты также зависит и от толщины слоя.

11. Да, чем меньше число Больцмана, тем больше радиационный перенос.

12. Нет, потому что между ними пропорциональная связь.

ЗАДАЧА 10.7

Оптический пирометр с красным светофильтром (см. задачу 10-6) зарегистрировал температуру t₀ = 1453 °С.

Найти степень черноты исследуемого тела при λ = 0,65 мкм, если известно, что его истинная температура равна t = 1700 °С

10.6.Прибор для измерения высоких температур — оптический пирометр—основан на сравнении яркости исследуемого тела с яр­костью нити накаливания. Прибор проградуирован по излучению абсолютно черного источника, и поэтому он измеряет температуру, которую имело бы абсолютно черное тело при той же яркости излу­чения, какой обладает исследуемое тело. В пирометре используется красный светофильтр (λ = 0,65 мкм).

Дано: t0 = 1324 °С t = 1700 °С λ = 0,65 мкм с = 1,439*10-2 Дж/(кг*К)	Решение: Степень черноты исследуемого тела рассчитаем по формуле: Ответ: 0,374
Найти: ελ - ?

ЗАДАЧА 10.20

Какой должна быть степень черноты экрана, для того чтобы при наличии одного защитного экрана между обмуровкой и стальной обшивкой тепловые потери в окружающую среду за счет излучения не превышали q = 60 Вт/м² ? Все другие условия сохраняются как в задаче 10-17.

10.17.Обмуровка топочной камеры парового котла выполнена из шамотного кирпича, а внешняя обшивка — из листовой стали. Рас­стояние между обшивкой и кирпичной кладкой равно 30 мм, и мож­но считать его малым по сравнению с размерами стен топки.

Вычислить потери теплоты в окружающую среду с единицы по­верхности в единицу времени в условиях стационарного режима за счет лучистого теплообмена между поверхностями обмуровки и об­шивки. Температура внешней поверхности обмуровки t₁ = 101,5 °С, а температура стальной обшивки t₂ = 50 °С. Степень черноты шамота ε₁ = 0,8 и листовой стали ε₂ = 0,6.

Дано: t1 = 94 °С t2 = 50 °С q = 60 Вт/м2 ε1 = 0,8 ε2 = 0,6 С0 = 5,67	Решение: Обшивку и кирпичную кладку можно рассматривать как две безграничные плоскопараллельные поверхности, разделенные прозрачной средой. Для такой системы результирующее излучение определяется по формуле Где приведена степень черноты Тогда: =211,087 Вт/м2 Запишем формулу для потери теплоты: Отсюда выразим εэк : q=60; Ответ: 0,34
Найти: εэк - ?

ЗАДАЧА 10.37

Какова будет ошибка измерения температуры газового потока, если за счет тщательной внешней изоляции газопровода температура его внутренних стенок стала t2 = 241,5 °С ? Все другие данные принять теми же, что и в задаче 10-36. 10.36. В канале, по которому движется горячий газ, температу­ра газа измеряется при помощи термопары (рис. 10-4).		Рис.10-4
При уста­новившемся тепловом режиме показания термопары t1 = 300 °С, а температура стенки t2 = 241,5 °С. Вычислить ошибку в измерении температуры газа, которая получается за счет лучистого теплообмена между корольком термопары м стенкой канала, и истинную температуру газа. Степень черноты королька термопары принять ε1 = 0,8, а коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности королька α = 58 Вт/(м2*0С))
Дано: t2 = 234 °С t1 = 300 °С ε1 = 0,8 α = 58 Вт/(м2 · 0С) С0 = 5,67	Решение: Составим уравнение теплового баланса тепла для королька термопары. Термопара отдает теплоту за счет излучения И получает теплоту за счет конвекции: Приравняем оба значения и выразим из уравнения ошибку измерения газового потока: °С °С Ответ: Ошибка равна 3,97°С.
Найти: (tж - t1) - ?

ЗАДАЧА 11.5

Вычислить степень черноты и собственное излучение газовой смеси, если средняя температура газов снизилась до t = 1000 °С, а все другие условия остались такими же что и в задаче 11-4.

11.4. В нагревательной печи температура газов по всему объему постоянна и равна t = 1000 °С. Объем печи V = 12,3 м³ , и полная поверх­ность ограждения F = 28,3 м^2,. Общее давление продуктов сгорания р = 98,1 кПа, парциальное давление водяных паров Р_н2о = 8 кПа и углекислоты Р_со2=12 кПа.

Дано: V = 10,8 м3 F = 26,8 м2 р1 = 12000 Па р2 = 8000 Па t = 1000 °С С0 = 5,67	Решение: Средняя длина пути луча для газового слоя в объеме печи вычисляется по формуле: м; Произведение парциального давления первого и второго ингредиента на длину пути луча равны: p1 l = 12000 · 1,45 = 17400 м · Па = 17,74 см · кгс/см2; p2 l = 8000 · 1,45 = 11600 м · Па = 11,82 см · кгс/см2;
Найти: ε - ? Есоб - ?

Степень черноты первого и второго ингредиентов при температуре газов 1000 ⁰С найдем по графикам 11.1 и 11.2 [2], приняв, что первый ингредиент это углекислый газ, а второй водяной пар:

ε₁ = 0,12 ; ε₂ = 0,11 .

Степень черноты газовой смеси:

ε = ε₁ + β ε₂;

Из графиков 11.3 [2] находим поправку β = 1,05, тогда:

ε = 0,12 + 1,05· 0,11 = 0,2355 .

Собственное излучение продуктов сгорания:

Е_соб = ε С₀ ;

Е_соб = 0,2355 · 5,67 = 35066,1 Вт/м².

Ответ: ε =0,2355; Е_соб = 35066,1 Вт/м².

ЗАДАЧА 11.11

Вычислить, какую долю составит теплообмен излучением в общем процессе передачи теплоты от дымовых газов к трубам ко­тельного пучка, рассмотренного в задаче 6-13, при условии, если ша­ги между трубами по фронту и в глубину s₁=s₂ = 3d (d = 80 мм), средняя температура газов в пучке t _г = 1000 °С, температура поверх­ности труб t_с = 400 °С и степень черноты ε_с = 0,615. Дымовые газы со­держат 11% Н₂0 и 13% С0₂. Давление газов 98,1 кПа. Конвектив­ную составляющую а_к паять из ответа к задаче 6-13 (изменением α₀ = 62 Вт/(м²·⁰С) за счет другого значения s₁/s₂ пренебречь).

Дано: nH2O = 0,11 nCO2 = 0,13 εс = 0,54 d = 0,08 м s1= s2 = 0,24 м t г = 1000 °С tс = 400 °С р = 98100 Па α0 = 62 Вт/(м2·0С) С0 = 5,67	Решение: Средняя длина пути луча в межтрубном пространстве определяется по формуле: Произведения парциального давления СО2 и Н2О на среднюю длину луча равны: = 98100·0,11 · 0,71 = 7659,1928 м · Па = 7,66 см·кгс/см2; = 98100·0.13·0,71 = 9051,7733 м · Па = 9,06 см · кгс/см2; По средней температуре газов по графикам 11.1 и 11.2 [2] находим степени черноты СО2 и Н2О: ε СО2 = 0,1 ; ε Н2О = 0,09 .
Найти: αл - ?

Степень черноты газовой смеси:

ε = ε _СО2 + β ε _Н2О;

Из графиков 11.3 [2] находим поправку β = 1,05, тогда:

= 0,1 + 1,05 · 0,09 = 0,1945 .

По температуре стенки по графикам 11.1 и 11.2 [2] находим степени черноты СО₂ и Н₂О:

ε _СО2 = 0,098 ; ε _Н2О = 0,14 .

Рассчитаем поглощательную способность газов на поверхности труб по формуле:

Тепловая нагрузка поверхности труб за счет излучения:

= 19655,2 Вт/м²

Найдем коэффициент отдачи излучением:

Найдем долю этого коэффициента от общего:

Ответ:

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомёл А. С. Теплопередача: Учебник - М.: Энергоиздат, 1981.- 416 с.

2. Краснощеков Е. А., Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче: Учебное пособие. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.

3. Практикум по теплопередаче / Под ред. А. П. Солодова. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 296 с.

21