5. Контрольные вопросы

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. Что такое свободная и вынужденная конвекция?

3. Какие бывают режимы течения жидкости?

4. Что такое пограничный слой?

5. Как влияет пограничный слой на процесс конвективного теплообмена?

6. Что такое участок гидродинамической стабилизации потока и как он влияет на процесс теплообмена в трубе?

7. Какие критериальные уравнения используют для расчета коэффициента теплоотдачи при различных режимах течения?

8. Что такое определяющий размер и определяющая температура и как они определяются при вынужденном течении жидкости в трубе?

9. Какие факторы и как влияют на процесс теплообмена в трубе?

10. Какие меры следует предпринимать для интенсификации теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубе?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

ИЗЛУЧЕНИЯ И СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ

МАТЕРИАЛОВ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ

МЕТОДОМ

Цель работы: изучение основных закономерностей теплообмена излучением, приобретение практических навыков определения показателей, характеризующих способность тел к излучению.

Задания:

1. Определить опытным путем значения коэффициента излучения и степени черноты электропроводящих материалов.

2. Изучить зависимость полученных характеристик от температуры и состояния поверхности.

1. Основные положения

Существуют три основных способа переноса теплоты, существенно отличающихся друг от друга по своей физической природе:

• теплопроводность;

• конвекция;

• тепловое излучение.

При теплопроводности носителями тепловой энергии являются микрочастицы вещества – атомы и молекулы; конвекция – это способ переноса тепловой энергии за счет перемещения макроскопических количеств вещества из одной точки пространства в другую.

Излучение – это способ передачи внутренней энергии излучающего тела посредством электромагнитных волн. Все виды излучения имеют одинаковую природу и различаются только длиной волны. Некоторые разновидности излучения в зависимости от длины волны представлены в табл. 1.

Таблица 1

Виды излучения	Длина волны излучения , м
Космическое	0,05·10-12
Рентгеновское	1·10-12... 20·10-9
Ультрафиолетовое	20·10-9... 0,4·10-6
Видимое	0,4·10-6... 0,8·10-6
Тепловое (инфракрасное)	0,8·10-6... 800·10-6
Радиоволны	0,2·10-3... 103

Излучение характеризуется спектром. Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн, т.е. имеют сплошной спектр излучения с длиной волны  от 0 до . Чистые металлы с полированной поверхностью, газы и пары излучают энергию дискретно в определенных интервалах длин волн, т.е. имеют прерывистый спектр. Если излучение характеризуется строго определенной длиной волны, то оно называется монохроматическим.

Количество энергии излучения Q, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность F, называется интегральным потоком излучения:

,

где E – излучательная способность тела.

Излучательная способность показывает, какое количество энергии излучается в единицу времени с единицы поверхности.

Если в излучении присутствуют волны различной длины, то их доля в общей излучательной способности тела характеризуется спектральной излучательной способностью E_:

.

Излучение, попадая на поверхность тела, в общем случае может поглощаться, отражаться или пропускаться через него (рис. 1).

Рис. 1. Распределение потока теплового излучения при взаимодействии

с телом

Способность тела к поглощению, отражению или пропусканию излучения характеризуется следующими показателями:

–поглощательная способность тела;

–отражательная способность тела;

–пропускательная способность тела,

где Q – полный поток теплового излучения, воспринятый телом;

Q_A, Q_R, Q_D – соответственно поглощенный, отраженный и пропущенный поток теплового излучения.

Очевидно, что в общем случае А + R + D = 1. Возможны следующие частные случаи.

1. Если все излучение, попадая на поверхность тела, поглощается им, то такое тело называется абсолютно черным. В этом случае A = 1, R = 0, D = 0.

2. Если все излучение, попадая на поверхность тела, отражается им, то оно называется абсолютно белым. В этом случае R = 1, A = 0, D = 0.

3. Если все излучение, попадая на поверхность тела, пропускается через него, то такое тело называется абсолютно прозрачным или диатермичным. В этом случае D = 1, A = 0, R = 0.

Реальные тела в той или иной степени обладают всеми этими способностями, поэтому их условно относят к числу так называемых серых тел.

Для расчета процессов теплообмена излучением необходимо знать основные законы теплового излучения.