Критерий Рейнольдса Re представляет собой отношение сил инерции к силам внутреннего трения и характеризует гидродинамический режим движения жидкости.

При Re<2300 наблюдается ламинарный режим движения жидкости или газа, при Re>10⁴ – турбулентный, при 2300<Re<10⁴ – переходный.

Критерий Прандтля Pr характеризует физические свойства жидкости и способность распространения в нем теплоты.

Число Прандтля целиком составлено из физических параметров. Его можно записать в виде

.

При ν=азначение критерия Прандтля равно 1. В этом случае наблюдается подобие полей скоростей и температур.

Критерий Грасгофа Gr характеризует подъемную силу, возникающую в жидкости вследствие разности плотностей и вызывающую свободную конвекцию.

Критериальное уравнение, описывающее процесс конвективного теплообмена в условиях однородной среды, имеет вид

. (1.8)

Критерии Re, Gr, Pr в (1.8) являются определяющими.

При вынужденной конвекции можно пренебречь влиянием подъемных сил на коэффициент теплоотдачи. В этом случае критериальное уравнение имеет следующий вид:

. (1.9)

Для случая турбулентного движения жидкости или газа критериальное уравнение имеет вид

, (1.10)

где с, n и m – коэффициенты, которые определяются опытным путем.

При свободной конвекции можно пренебречь влиянием инерционных сил на теплоотдачу. Критериальное уравнение имеет вид

. (1.11)

Режим омывания поверхности жидкостью или газом при свободной конвекции оценивается величиной произведения ().

Коэффициенты теплоотдачи со стороны внутренних поверхностей ограждающих конструкций рассчитываются по критериальному уравнению

. (1.12)

Суммарное излучение, проходящее через произвольную поверхность F в единицу времени, называется потоком излучения Q. Лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности по всем направлениям, называется плотностью потока излучения

, Вт/м². (1.13)

Поток излучения и плотность потока излучения содержат лучи различных длин волн, поэтому такой вид излучения называется интегральным. Излучение, соответствующее интервалу изменения длин волн от λ до λ+dλ, называется монохроматическим.

Составим энергетический баланс при прохождении лучистой энергии через твердое тело (рисунок 1.1).

Е_проп+Е_отр+ Е_погл= Е_пад , (1.14)

где Е_пад – количество падающей лучистой энергии, Вт; Е_погл – количество поглощенной энергии, Вт; Е_отр – количество отраженной энергии, Вт; Е_проп – количество прошедшей энергии через рассматриваемое твердое тело, Вт.

Деля обе части равенства (1.14) на Епад, получаем

А+R+D=1, (1.15)

где А – поглощательная способность; R – отражательная способность; D – пропускательная способность.

Е_пад n Е_отр

Е_погл

Е_проп

Рисунок 1.1 - Схема распределения падающей лучистой энергии

Если А=1, то R=0 и D=0; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью поглощается телом. Такие тела называются абсолютно черными или просто черными.

Если R=1, то А=0 и D=0; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью отражается. Такие тела называются абсолютно белыми.

Если D=1, то А=0 и R=0; это означает, что вся падающая энергия полностью проходит сквозь тело. Такие тела называются абсолютно прозрачными.

Большинство твердых тел являются для тепловых лучей практически непрозрачными. Следовательно,

А+R=1. (1.16)

Суммарная величина плотностей потоков собственного и отраженного излучения, испускаемого поверхностью твердого тела, называется плотностью эффективного излучения.

Е_эф=Е+Е_отр=Е+RּЕ_пад. (1.17)

Эффективное излучение зависит не только от физических свойств и температуры данного тела, но и от физических свойств и температуры окружающих его тел.

Кроме того, оно зависит от формы, размеров и относительного расположения тел в пространстве.

Лучистый теплообмен между телами определяется потоком результирующего излучения.

Результирующее излучение представляет собой разность между лучистым потоком, получаемым данным телом, и лучистым потоком, который оно посылает в окружающее его пространство.

Величина удельного потока, передаваемого путем излучения между твердыми телами, определяется по формуле

, (1.18)

где Е₁ – собственное излучение тела; - эффективное излучение тела;- извне падающее на тело эффективное излучение окружающих тел.

Рассмотрим методику расчета процесса лучистого теплообмена между двумя телами.

1. Теплообмен излучением между параллельными пластинами (рисунок 1.2).

Данный процесс имеет место при рассмотрении передачи тепла через воздушные прослойки.