Конвекция и тепловое излучение

Конвекция достаточно часто встречается в технологических станочных системах при контакте поверхности твердого тела с жидкостью или газом. Это происходит, например, при использовании смазочно-охлаждающих веществ, в гидро- и пневмосистемах станков и т. д.

Интенсивность конвективного теплообмена между твердым телом и жидкой (газообразной) средой характеризуется коэффициентом теплоотдачи

который определяется по формуле Ньютона:

Согласно этому закону, тепловой поток

пропорционален площади поверхности теплообмена

и разности температур твердого тела и среды

Коэффициент теплоотдачи (Bт/м²с) можно определить как количество теплоты, отдаваемое в единицу времени единицей поверхности при разности температур между поверхностью и жидкостью, равной одному градусу.

В общем случае коэффициент теплоотдачи может изменяться вдоль поверхности теплообмена, и поэтому различают средний (по поверхности) коэффициент теплоотдачи и местный (локальный) коэффициент теплоотдачи, соответствующий единичному элементу поверхности.

Процессы теплоотдачи тесно связаны с условиями движения среды ‑ ламинарным или турбулентным режимами, а также ее кинематической вязкостью, скоростью движения, теплофизическими свойствами и др. В связи с этим аналитическое описание конвективного теплообмена чрезвычайно затруднено, и определение коэффициента теплоотдачи производится главным образом экспериментальным путем.

Тепловое излучение является результатом сложных внутриатомных процессов. Излучение свойственно твердым и жидким телам, а также трех- и многоатомным газам. Носителем лучистой энергии является поток фотонов. Он может распространяться в газообразной среде, в вакууме и в некоторых твердых телах.

Энергия, излучаемая телом в пространство, при попадании на другие тела в общем случае частично поглощается, частично отражается, а часть ее проходит сквозь тела. Лучистая энергия, поглощаемая телом, преобразуется в теплоту. Энергия, отраженная от окружающих тел, и собственное их излучение при попадании на любое тело также частично им поглощаются.

Количество теплоты, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени (Bт/м²), определяется законом Стефана-Больцмана:

где

‑ коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, равный 5,7х10^-4 Вт/(м²К⁴);

‑ абсолютная температура поверхности тела, К;

‑ степень черноты тела (для стальных и чугунных деталей она равна 0,4...0,7, а для алюминиевых ‑ 0,06... 0,2).

Все тела непрерывно излучают энергию и одновременно поглощают излучение других тел при условии, что лучи попадают на их поверхность. Поэтому при наличии вблизи исследуемого тела других тел следует учитывать также излучаемую ими энергию. Таким образом, количество теплоты, отдаваемой телом в результате лучистого теплообмена, равно разности между количеством излучаемой и поглощаемой энергии.

Дата добавления: 2014-01-15