1.2.3. Тепловое излучение

Перенос теплоты излучением (радиация) имеет место в хлебопекарных радиационных печах и радиационных сушилках, применение которых в настоящее время ограничено из-за довольно высокой энергоемкости. Сюда же можно отнести и микроволновые печи, используемые в быту.

Если на поверхность тела попадает лучистая энергия в количестве Q, то в общем случае телом поглощается с превращением в тепловую только часть ее Q_А; часть лучистой энергии Q_R отражается от поверхности тела, а часть Q_D проходит сквозь тело. Очевидно, что

Q = Q_А + Q_R + Q_D (1.20)

Первое слагаемое правой части равенства (1.20) характеризует поглотительную способность тела, второе – отражательную, третье – пропускающую. Если первое слагаемое гораздо больше второго и третьего, то такое тело называется абсолютно черным, если второе слагаемое больше первого и третьего, то тело абсолютно белое, а если третье больше первого и второго, то тело абсолютно прозрачное. Каждое тело обладает своей лучеиспускательной и лучепоглотительной способностью. Эта характеристика (Е) в общем случае выражается формулой

. (1.21)

Продифференцировав это выражение по длине волны, а затем проинтегрировав его с учетом выражения Планка для различных длин волн, получим зависимость лучеиспускательной способности тела от температуры, которая называется законом Стефана-Больцмана для абсолютно черного тела:

Е = k_o T⁴ , (1.22)

где k_o – константа излучения абсолютно черного тела.

Но в жизни тела бывают в большей части серыми. Поэтому в выражение (1.22) была внесена поправка ε, названная степенью черноты тела, а закон Стефана-Больцмана принял вид:

(1.23)

где С_D – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Соотношение же между лучеиспускательной и лучепоглотительной способностью тела определяется законом Кирхгофа: отношение лучеиспускательной способности тел к их поглотительной для всех тел одинаково, равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

1.2.4. Теплоносители и их свойства

Самый распространенный теплоноситель – насыщенный водяной пар. Он обладает высокой аккумулирующей способностью теплоты и высокими коэффициентами теплоотдачи. Скрытая теплота конденсации насыщенного пара при атмосферном давлении – 2260 кДж/кг. Это позволяет при небольшом расходе пара и небольших поверхностях нагрева передавать большое количество теплоты. Главным недостатком водяного пара является значительное возрастание давления при увеличении температуры. Практически насыщенный водяной пар применяют при температурах 180-190^оС и давлении 12∙10⁵ Па.

Чистая вода тоже широко используется в качестве теплоносителя. К достоинствам воды следует отнести доступность и дешевизну, сравнительно высокие значения коэффициентов теплоотдачи. К недостаткам относятся сравнительно небольшая удельная теплоемкость и связанная с этим аккумулирующая способность теплоты.

Топочные газы широко используются в системах утилизации теплоты на предприятиях, имеющих собственные котельные. Температура топочных газов достигает 1000-1100^оС, что позволяет использовать промежуточный теплоноситель для обогрева в теплообменных аппаратах. В качестве промежуточного теплоносителя можно использовать воздух или минеральное масло.

Минеральное масло (цилиндровое, компрессорное) – один из распространенных теплоносителей для проведения тепловой обработки отходов при высокой температуре (до 800^оС).

В качестве теплоносителей используют также ВОТ (высокотемпературные органические теплоносители), например дифенильная смесь (Даутерм А), а также расплавы металлов (литий, натрий, калий, их смеси и др.).