Вопросы для самоконтроля

1.Какие преобразования происходят с лучистой энергией при попадании на твердое тело?

2.Что такое абсолютно серое тело?

3.Какими свойствами должны обладать радиационные экраны?

4.Сформулируйте закон Кирхгофа. Каков его физический смысл?

5.Сформулируйте закон Стефана-Больцмана. Какие величины входят в уравнение для определения коэффициента теплоотдачи излучением?

6.Сформулируйте закон Планка. Напишите уравнение Планка и объясните его физический смысл.

7.Сформулируйте закон Вина и объясните его связь с законом Планка.

9.Каковы особенности излучения газов?

10.Как определить степень черноты газовой среды?

12.Как определяют лучистый теплообмен между параллельными плоскими стенками?

16 Сложный теплообмен. Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки

16.1 Сложный теплообмен

В действительных условиях работы различных теплообменных устройств теплота передается одновременно теплопроводностью, конвек­цией и излучением. Такое явление называется сложным теплообменом. Например, в газоходах паровых котлов теплота передается не толь­ко излучением, но и конвекцией. В этом случае суммарный тепловой поток:

(16.1)

Если в качестве основного процесса теплообмена принято тепловое излучение, то

. (16.2)

Перенос теплоты конвекцией здесь учитывается увеличением при­веденной степени черноты системы :

. (16.3)

В тех случаях, когда конвективная составляющая теплового пото­ка значительно превышает лучистую составляющую, в качестве ос­новного процесса принимается конвекция, и тепловой поток опреде­ляется уравнением:

, (16.4)

где

. (16.5)

16.2 Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки

Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители.

16.2.1 Теплопередача через плоскую стенку.

Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной и теплопроводностью (рис 16.1).

Рисунок 16.1 – Теплопередача через плоскую стенку

Температура горячей жидкости (среды) , холодной жидкости (среды) .

Количество теплоты, переданной от горячей жидкости (среды) к стенке по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:

, (16.6)

где – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой к поверхности стенки с температурой :

F – расчетная поверхность плоской стенки.

Тепловой поток, переданный через стенку, определяется по уравнению:

. (16.7)

Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде определяется по формуле:

, (16.8)

где – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой .

Решая эти три уравнения получаем:

, (16.9)

где – коэффициент теплопередачи,

_{. (16.10)}

или – полное термическое сопротивление теплопередачи через однослойную плоскую стенку.

– термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки;

– термическое сопротивление стенки.

Для многослойной плоской стенки коэффициент теплопередачи будет определяться по следующей формуле:

. (16.11)

16.2.2 Теплопередача через цилиндрическую стенку

Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогичен как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу (рис.16.2) с теплопроводностью , внутренний диаметр d₁, наружный диаметр d₂, длина l. Внутри трубы находится горячая среда с температурой , а снаружи холодная среда с температурой .

Рисунок 16.2 – Теплопередача через цилиндрическую стенку

Для установившегося теплового потока можно написать уравнение для удельного теплового потока, отнесенного к 1 м длины трубы, Вт/м:

, (16.12)

где – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой к поверхности стенки с температурой ; – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой к поверхности стенки с температурой .

Учитывая количество теплоты, отнесенное к 2 м длины трубы, передаваемое теплопроводностью, можно записать:

. (16.13)

Из записанных уравнений можно легко определить неизвестные и .

Преобразовав уравнения аналогично предыдущему случаю, получим расчетные формулы.

, (16.14)

где - линейный (т.е. отнесенный к 1 м длины трубы) коэффициент теплопередачи, Вт/(м·К).

_{. (16.15)}

_{Величину, обратную , т.е. = , называют линейным термическим сопротивлением.}

_{В случае многослойной стенки расчетная формула для имеет вид:}

_{. (16.16)}