Контрольные вопросы

1. Какой вид теплообмена называется конвективным? Чем различаются теплообмен при вынужденной и свободной конвекции? Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл. Факторы, влияющие на его величину.

2. Как изменяется локальный коэффициент теплоотдачи по длине трубы _i при вынужденном движении теплоносителя внутри трубы? По полученным локальным значениям коэффициента теплоотдачи _i определите основной участок трубы (участок стабилизированного течения), где _i перестает зависеть от условий входа в трубу.

3. Какой вид имеет уравнение подобия при вынужденном турбулентном движении теплоносителя внутри трубы? Что характеризуют числа подобия, входящие в это уравнение?

4. Какой вид имеют уравнения подобия при вынужденном ламинарном движении теплоносителя внутри трубы? Что характеризуют числа подобия, входящие в это уравнение?

5. Что такое гидродинамический пограничный слой? Чем он отличается от теплового пограничного слоя?

6. Как определяется коэффициент теплоотдачи при движении теплоносителя в каналах некруглого сечения, шероховатых и изогнутых каналах.

Лабораторная работа № 5 Исследование теплообмена излучением

Цель работы: экспериментально определить коэффициент излучения при различных температурах электропроводящего материала калориметрическим методом.

Основы теории

Нагретые тела излучают электромагнитные волны. Это излучение осуществляется за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Лучистая энергия, возникающая за счет тепловой части внутренней энергии тел, характеризуется длинами волн от 0,4 до 800 мкм. Носителями этой энергии являются видимые (= 0,4-0,8 мкм) и инфракрасные (= 0,8-800 мкм) лучи, называемые тепловыми.

Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности абсолютно черного тела, имеющего температуру Т, К, определяется законом Стефана-Больцмана:

Вт/м².

Величина Е₀ называется интегральной плотностью потока излучения абсолютно черного тела, т. е. такого тела, которое поглощает всю падающую на него энергию. Коэффициент = 5,67∙10^-8 Вт/м²·К⁴ называется постоянной Стефана-Больцмана. В технических расчетах закон Стефана-Больцмана обычно применяется в другой форме

Вт/м²,

где величина С₀=∙10⁸ = 5,67 Вт/м²·К⁴ называется коэффициентом излучения абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана можно применять и для серых тел. В этом случае он принимает вид:

Вт/м²,

где Е - интегральная плотность потока излучения серого тела; - интегральная степень черноты серого тела; С - коэффициент излучения серого тела, Вт/м²·К⁴.

Лучистый теплообмен между двумя поверхностями определяется как разность их эффективных излучений. Результирующим потоком излучения называют разность между количеством энергии, излученной телом, и поглощенным им количеством энергии, излученной и отраженной другими телами. В случае теплообмена излучением между телом и его оболочкой результирующий поток излучения определяется по формуле /2, 3/

Вт/м², (5.1)

где Вт/м²·К⁴ ……………… (5.2)

- приведенный коэффициент излучения рассматриваемой системы тел; С₁, С₂ - коэффициенты излучения тела и оболочки соответственно, Вт/м²·К⁴; Т₁, Т₂ – абсолютные температуры тела и оболочки, К; F₁, F₂ – площади поверхностей тела и оболочки, м² .

Величина (5.3)

является приведенной степенью черноты системы, состоящей из тела и его оболочки, у которых степень черноты соответственно равна ₁ и ₂ .

Если поверхность тела во много раз меньше оболочки, т. е. F₁< F₂ , то, согласно выражению (5.2), С_1,2 = С₁. В этом случае коэффициент излучения и степень черноты тела с меньшей поверхностью могут быть подсчитаны на основании (5.1)-(5.3) по формулам /2/

Вт/м²·К⁴;

₁ = С₁ / С_о ,

где Q_1-2 - результирующий поток излучения между телом и оболочкой. Значения степени черноты серого тела зависят от природы тела, температуры и состояния его поверхности.