5.2 Теплообмен излучением между твердыми телами

Рассмотрим теплообмен излучением между телами, одно из которых находится внутри другого. Предположим, что теплообменный аппарат находится в помещении, внутренняя поверхность стен которого намного больше поверхности водонагревателя.

На рисунке 5.5 представлена расчетная схема процесса лучистого теплообмена между водонагревателем и стенами.

Введем следующие обозначения:

А₁, С₁, ε₁, Т₁, F₁ – поглощательная способность, коэффициент излучения, степень черноты, температура и площадь наружной поверхности водонагревателя соответственно;

А₂, С₂, ε₂, Т₂, F₂ – поглощательная способность, коэффициент излучения, степень черноты, температура и площадь внутренней поверхности помещения соответственно.

В отличие от теплообмена между параллельными пластинами, в данном случае на внутреннее тело падает лишь часть φ от эффективного излучения внешнего тепла. Остальная часть энергии излучения (1-φ) падает на поверхность внешнего тела.

Эффективное излучение внутреннего тела состоит из собственного излучения и отраженного, полученного от внешнего тела:

. (5.8)

Рис. 5.5 Схема лучистого теплообмена:

1 – водонагреватель;

2 – стены помещения

Эффективное излучение внешнего тела состоит из собственного излучения, отраженного от внутреннего тела и отраженного собственного излучения

. (5.9)

Количество тепла, передаваемое излучением между телами, равно

. (5.10)

Решая совместно уравнения (5.8) и (5.9) и подставляя Е_1эф и E_2эф в последнее уравнение, получаем

, Вт. (5.11)

Запишем формулу для приведенного коэффициента излучения

. (5.12)

Тогда количество тепла, передаваемое излучением между телами, когда одно из них находится внутри другого, определяется уравнением

, Вт. (5.13)

Если вместо С_пр в расчете применить приведенную степень черноты системы тел, то уравнение теплообмена излучением примет следующий вид:

, Вт, (5.14)

где ;

С₀=5,76 Вт/(м²К⁴) – коэффициент абсолютно черного тела.

Если →0, то формула (5.14) примет следующий вид

, Вт, (5.15)

Формулу (5.15) рекомендуется использовать при расчете пароводяного теплообменного аппарата.

Коэффициент теплоотдачи излучением следует определить по формуле

, Вт/(м²К). (5.16)

Контрольные вопросы

1. Объясните физический смысл коэффициента удержания тепла.

2. За счет каких видов теплообмена происходит передача тепла от наружной поверхности теплообменных аппаратов?

3. Какие факторы влияют на теплоотдачу при свободной конвекции?

4. Напишите формулу для определения теплопотерь от корпуса теплообменника в окружающую среду.

5. Какие определяющие критерии используются при описании процессов теплоотдачи при естественной конвекции?

6. Напишите формулу для определения количества тепла, передаваемого излучением между двумя телами в замкнутом пространстве.

7. Объясните физический смысл степени черноты твердых тел.

8. Как определить температуру наружной поверхности корпуса теплообменного аппарата?

9. Укажите примерное значение коэффициента удержания тепла для водонагревателя.