Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Основи теплопередачі

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Оценено

Оценка одиночной строевой подготовки

Руководитель занятия

Ведомость оценки строевой подготовки

________________________________________________

(наименование подразделения, воинской части)

№ п\п Фамилия и инициалы Внешний вид Знание положений Строевого устава Выполнение строевых приемов без оружия Строевые приемы с оружием Методика обучения Общая оценка Примечание
Выход из строя Повороты на месте Движение строевым шагом Повороты в движении Выполнение воинского приветствия Подход к начальнику В ружьё Ремень отпустить Автоматы на грудь На ремень Положить оружие
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   

п\п-к________________М.Привалов

(подпись фамилия)

Приложение 8

Проверено ________________ из них:

«отлично» _________________ (______ %)

«хорошо» __________________ (______ %)

«удовлетворительно» ________ (______ %)

«неудовлетворительно»_______ (______ %)

Процент выполнения ___________________

ОЦЕНКА ______________________________

Недостатки ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________

____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ __________

Оценка строевого слаживания:

- действия в походном и развернутом строю ______________

- действия возле автомобилей и на автомобилях ______________

- исполнение строевых песен ______________

- прохождение торжественным маршем ______________

Оценка __________________________

Недостатки _______________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________

Оценка выполнения требований Строевого устава в повседневной жизни _________________

ОБЩАЯ ОЦЕНКА СТРОЕВОЙ ПОДГОТОВКИ _____________________

Проверяющий ______________________________________________

(должность, воинское звание, фамилия)

«_____» ______________________ 2014 года

 


Приложение 9

Командир роты  
Заместитель командира роты  
Заместитель командира роты по воспитательной работе  
Старший техник роты  
Старшина роты  
   
Санитарный инструктор  
Командир взвода  
Заместитель командира взвода  
Командир отделения (КМ - командир машины, КТ - командир танка)  
Наводчик-оператор  
Старший стрелок  
   
Снайпер  
Пулеметчик  
Гранатометчик  
Помощник гранатометчика  
Стрелок  
Водитель (MB - механик-водитель)  
Сигналист-барабанщик  
Бронетранспортер  
   
Боевая машина пехоты  
Танк  
Автомобиль  

 

Примечания. 1. Машины командиров обозначаются, например:

 

бронетранспортер командира взвода…………………………………………...  
танк командира роты…………………………………………………………….  
бронетранспортер командира батальона……………………………………….  

 

Теплопередача – це наука,що вивчає закони переносу тепла як в середині однорідного тіла, так і між різними тілами.

Перенос тепла від одного тіла до другого називається теплообміном.

Тіла, що беруть участь в теплообміні, називаються теплоносіями.

Перенос тепла здійснюється різними способами.

- Теплопровідність – перенос тепла мікрочастинками, що хаотично рухаються або коливаються (мікроперенос).

В газах і рідинах носіями тепла є молекули, в металах – вільні електрони, в кришталевих тілах – атоми в вузлах кришталевої решітки.

- Конвекція – перенос тепла рідинами(газами), що рухаються, в тому числі турбулентними вихорами (мікрочастинками рідини).

Існує два види конвекції:

- Природна(вільна) конвекція, якщо рух рідини обумовлений різницею густини в різних точках системи(із – за різниці складів або температур).

- Вимушена конвекція, якщо рух рідини відбувається під дією різниці тисків в різних точках системи або під дією мішалки.

- Теплове випромінювання – перенос тепла енергії(тепла) електромагнітними хвилями випромінюваними нагрітими тілами. Всі тіла здатні випромінювати енергію і поглинати енергію, випромінювану іншими тілами. В реальних умовах перенос тепла може здійснюватись декількома способами одночасно.

Qn  
QK  
QT
Наприклад при теплообміні між стінкою і газовим потоком тепло передається одночасно теплопровідністю(молекулами), конвекцією(мікрочастинками) і випромінюванням. Такий процес називається тепловіддачею.

 

Теплообмін між двома рідинами через стінку, що їх розділяє, називається теплопередачею.

1

QT2  
QК3  
QT3  
QК1  
QT1  
Теплопровідність

1.1 Закон Фур’є


qt
Dn
 
 
t=const  
t+Dt=const
 
Розглянемо нерухоме тіло, в якому перенос тепла здійснюється тільки молекулярним механізмом. Виділимо в тілі множину точок з однаковою температурою t=const (ізотермічна поверхня).

На деякій відстані Dn маємо другу ізотермічну поверхню з температурою t+Dt=const. Між цими поверхнями температура зростає найбільш стрімко в напрямку нормалі. В точці О

– зміна температури на одиницю відстані вздовж нормалі до ізотермічної поверхні (скалярна величина).

– градієнт температури в точці О. Це вектор, направлений по нормалі до ізотермічної поверхні в сторону зростання температури, абсолютна величина якого становить.

Перенос тепла в точці О відбувається в напрямі, протилежному напряму градієнту температур.

Вектор щільності потоку тепла при молекулярному механізмі переносу пропорційний градієнту температур в даній точці і має протилежний напрям (Закон Фур’є).

,

де l - коефіцієнт теплопровідності.

Фізичний сенс і розмірність коефіцієнта теплопровідності витікають із вираження:


при = 1 l = qТ, тобто l - це щільність потоку тепла при = 1.

Коефіцієнт теплопровідності залежить від властивостей речовин. Його значення приведені в довідниках (мідь – 380; ст-3 – 40; рідини – 0,1 – 0,2; повітря – 0,027).

 

1.2 Диференційне рівняння теплопровідності

Для визначення швидкості переносу тепла за законом Фур’є необхідно знати градієнт температур в даній точці або розподіл температур в системі. Останній описується основним рівнянням переносу:

 

Потенціал переносу тепла: j = cprt.

Щільність молекулярного потоку тепла:

Якщо g = 0, то

 

Якщо r = const і Ср = const, то диференційне рівняння теплопровідності приймає вигляд:

 

де а – коефіцієнт температуропровідності, фізичний сенс і розмірність якого виникають із градієнтного закону:

 

Якщо = 1 Дж/м4, то, тобто коефіцієнт температуропровідності дорівнює щільності потоку тепла при значенні.

Якщо r = const і Ср = const, то градієнтний закон приймає форму закону Фур’є:

звідки видно що.

1.3 Теплопровідність плоскої стінки

 

 

Розглянемо перенос тепла через плоску стінку товщиною d необмежених розмірів вздовж координат y і z.

Хай tст1 и tст2 – температура на поверхні стінки з гарячої і холодної сторін, град;

l - коефіцієнт теплопровідності стінки, Вт/м×град.

Необхідно визначити щільність потоку тепла в стінці qТ.

По закону Фур’є.

Визначимо розподіл температур в стінці t = f (x, y, z) шляхом інтегрування диференційного рівняння теплопровідності.

Якщо процес переносу тепла сталий і є одномірним, то диференційне рівняння приймає вигляд: Після його інтегрування маємо t = С1х + С2.

Значення постійних С1 і С2 знайдемо із межових умов:

при х = 0 t = tст1, тобто tст1 = С1×0 + С2, звідки С2 = tст1

при х = d t = tст2, тобто tст2 = С1×d + С2, звідки С1 =

Тоді температура в будь-якій точці стінки визначається рівнянням:

 

а градієнт температур:.

Згідно закону Фур’є щільність потоку тепла в стінці:

 

Потік тепла через стінку площею F становить:

– рівняння теплопровідності плоскої стінки.

Рівняння теплопровідності вигідно представляти в іншій формі:

 

де d/l - термічний опір стінки.

Якщо стінка складається з декількох шарів, що мають різні коефіцієнти теплопровідності, то рівняння теплопровідності мають вигляд:

 

де t1 і t2 – температура багатошарової стінки з гарячої і холодної сторін.

1.4 Теплопровідність циліндричної стінки

 

Хай r1 і r2 – радіуси внутрішньої і зовнішньої поверхні труби;

L – довжина труби;

tст1, tст2 – температура внутрішньої і зовнішньої поверхні труби;

l - коефіцієнт теплопровідності стінки.

Необхідно визначити потік тепла Q через стінку труби.

Виділимо в стінці труби циліндричну поверхню радіусом r. Хай градієнт температур на цій поверхні становить dt/dr. Тоді потік тепла через цю поверхню:

 

Розподіливши перемінні величини і про інтегрувавши рівняння, одержимо:

 

Звідки

Якщо.

По аналогії потік тепла через багатошарову стінку:

 

де t1 і t2 – температура внутрішньої і зовнішньої поверхні багатошарової стінки.

2 Конвективний перенос тепла

Конвекція відіграє важливу роль в процесах нагрівання (охолодження) рідин і газів в теплообмінних апаратах.

 

В найбільш розповсюджених поверхневих теплообмінниках перенос тепла відбувається через стінку, що розділяє гарячу і холодну рідини.

Розглянемо механізм переносу тепла на межі тверда стінка – рідина.

 

Хай tст - температура поверхні стінки;

tрід – температура рідини в ядрі потоку;

d - товщина межового ламінарного шару.

Якщо tст > tрід, то тепло буде переноситись від стінки в ядро потоку і далі виноситись потоком рідини із апарата. Через межовий ламінарний шар рідини тепло рідини переноситься тільки молекулярним механізмом (теплопровідність шару рідини).

Щільність молекулярного потоку

 

де l = f(природа рідини) = const.

В турбулентному ядрі перенос тепла здійснюється турбулентними вихорами (макрочастинками рідини).

Щільність потоку тепла в турбулентному ядрі:

 

де l = f(Re) – коефіцієнт турбулентної теплопровідності.

Оскільки lтурб >> l, то при усталеному режимі тепло переносу () градієнт температур в межовому ламінарному шарі значно більший, ніж в ядрі потоку:

Тепло, що передається від стінки в ядро потоку рідини, виноситься рідиною із апарата (конвективний перенос).

Оскільки градієнти температур в межовому шарі і в турбулентному ядрі невідомі, то швидкість переносу тепла від стінки до рідини не може бути визначена за законом Фур’є. Тому Ньютоном було запропоноване рівняння тепловіддачі від стінки до рідини, засноване на досвіді.

2.2 Рівняння тепловіддачі

За законом тепловіддачі щільність потоку тепла від стінки до рідини (або в зворотному напрямку) пропорційна різниці температур стінки і рідини.

qк = a(tст – tрід).

Якщо qк = const по всій поверхні стінки, то загальний потік тепла від стінки до рідини становить:

Q = qкF = a(tст – tрід)F.

де a - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2×град);

F – площа поверхні стінки, м2.

Коефіцієнт тепловіддачі залежить від швидкості руху рідини вздовж стінки, її властивостей і геометричних розмірів потоку:

a = f(w, r, m, Ср, l, b, l, d),

де b - температурний коефіцієнт об’ємного розширення рідини (м3/(м3×град)), який відіграє значну роль при природній конвекції.

Теоретичним шляхом визначити a можна було б із умови рівності потоків тепла в межовому шарі за законом Фур’є і від стінки до рідини за законом тепловіддачі Ньютона:

 

 

де - градієнт температур в ламінарному шарі.

Для визначення градієнта температур необхідно знати розподіл температур в потоці, тобто функцію

 

2.3 Диференційне рівняння конвективного теплопереносу

Розподіл потенціалу переносу в системі описується основним рівнянням переносу:

Потенціал переносу тепла j = Срrt

Щільність потоку тепла

Якщо g = 0, то

Якщо r = const і Ср = const, то

 

 

 

субстанціональна похідниця

Тоді – рівняння Фур’є-Кірхгора (дифрівняння конвективного теплопереносу).

Це рівняння повинно вирішуватись разом з рівняннями Нав’є-Стокса, нерозривності і межовими умовами. В загальному випадку ця система рівнянь не може бути вирішена аналітичними методами. Тому її рішення знаходять шляхом подібного перетворення диференційних рівнянь і знаходження залежності між безрозмірними комплексами величин.

2.4 Критерії теплової подібності

Виконаємо подібне перетворення диференційного рівняння конвективного теплопереносу:

  накопичення тепла Дж/м3×с

  конвективний теплоперенос, Дж/м3×с
-масштаб молекулярний теплоперенос, Дж/м3×с

 


1. – критерій Фур’є, що характеризує нестаціонарність процесу

– безрозмірний час

2. – критерій Пекле, що характеризує співвідношення між інтенсивностями конвективного і молекулярного переносів тепла.

Замість критерію Пекле часто використовується похідний критерій, в який не входить швидкість:

Ре: Rе = - критерій Прандтля, характеризує подібність полів швидкостей і температур.

 

Він враховує вплив властивостей рідини на швидкість теплопереносу.

Критерії Fo і Ре (або Pr) є визначальними, оскільки в них входять тільки величини із умов однозначності. Визначаний критерій одержимо із умови теплообміну на межі тверда стінка-рідина, а саме із рівності молекулярного потоку тепла через межовий ламінарний шар (Закон Фур’є) і конвективного потоку тепла від стінки в ядро потоку рідини (закон тепловіддачі):

aDt

Масштаб   l Dt/l

 


Якщо за масштаб обрано молекулярний перенос тепла, то:

aDt: l = Nu - критерій Нуссельта.

Nu = - відношення поперечного розміру потоку до товщини ламінарного межового шару.

У відповідності з другою теоремою подібності рішення диференційних рівнянь конвективного теплопереносу може бути представлено у вигляді функціональної залежності між знайденими безрозмірними комплексами величин:

Nu = f (Ho, Re, Fr, Fo, Pr,)

Для усталеного процесу Fo®const, Нo®const. При вимушеній конвекції силами тяготіння (Fr) можно знехтувати. Тоді:

- критеріальне рівняння конвективного теплообміну при вимушеній конвекції.

Константи С, m, n, q визначають шляхом обробки експериментальних даних.

Наприклад, при турбулентному режимі руху рідини в прямій трубі при l/d > 50 знайдено: C = 0,023, m = 0,8, n = 0,4, q = 0. Тобто:

 

При природній конвекції: Nu = f (Re, Fr, Pr,).

Оскільки в критерії Re і Fr входить швидкість руху рідини, визначення якої при природній конвекції є складною задачею, то замість цих критеріїв використовують похідні критерії, в які не входить швидкість рідини.

 

 

Критерій Галіллея характеризує відношення сил тяжіння до сил тертя.

Рух рідини в представленому апараті обумовлений силами Архімеда, які становлять тільки частку сил тяжіння. Їх відношення до сил тертя називають критерієм Архімеда.

 

Якщо різниця густини рідини обумовлена різницею температур в різних точках, то:

r0 - r = Dr = r0bDt,

де b - температурний коефіцієнт об’ємного розширення рідини, град-1. Тоді

- критерій Грасгофа

Всі величини, що входять в цей критерій легко визначаються при проведенні експериментів.

Критеріальне рівняння конвективного теплопереносу при природній конвекції має вигляд:

 

Можна бачити, що в цьому рівнянні критерій Gr заміняє критерій Re, тобто визначає вплив режиму руху рідини на інтенсивність теплопереносу.

3 Теплообмін між рідинами через стінку. Рівняння теплопередачі.

3.1 Теплообмін через пласку стінку

 

Розглянемо механізм переносу тепла від гарячої рідини до холодної.

Хай t1 і t2 – температура гарячої і холодної рідини;

a1 і a2 – коефіцієнти тепловіддачі гарячої і холодної рідин;

d1 і d2 – товщина шарів стінки;

l1 і l2 - коефіцієнт теплопровідності шарів стінки.

Необхідно визначити щільність потоку тепла від гарячої рідини до холодної q.

Визначимо щільність потоку тепла на окремих ділянках системи:

qк1 = a1(t1 – tст1) або qк1× = (t1 – tст1) (1)

 

qк2 = a2(tст2 – t2) або qк2× = (tст2 – t2) (3)

При сталому процесі переносу тепла:

qк1 = qм = qк2 = q

Склавши рівняння (1), (2,) (3) одержимо:

 

Позначимо тобто кількість тепла, що передається від гарячої рідини до холодної через 1 м2 поверхні стінки, що розділяє рідини за 1 сек.

Приймаючи до уваги, що

- термічний опір гарячої рідини,;

- загальний опір багатошарової стінки,;

- термічний опір холодної рідини,,

Можна констатувати, що К =, тобто коефіцієнт теплопередачі є обернена величина загального термічного опору системи. Таким чином щільність потоку тепла в даному перерізі q = К(t1 – t2) = КDt, а загальний потік тепла через стінку, площа поверхні якої F, становить:

Q = К(t1 – t2)срF = КDtср F, Вт,

де Dtср = (t1 – t2)ср – середнє значення рушійної сили теплопередачі в даному апараті.

В окремих випадках визначення коефіцієнта теплопередачі може спрощуватись.

Якщо.

Якщо, то К» a1, а термічний опір називається визагальненим.


 

3.2 Теплообмін через циліндричну стінку

 

 

Визначимо потоки тепла на окремих ділянках системи:

Q1 = a1(tг – tст1)ср2pr1L

 

Q3 = a2(tст2 – tх)ср2pr2L

Вирішимо ці рівняння відносно рушійної сили на відповідних ділянках:

 

 

 

Для сталого процесу Q1 = Q2 = Q3 = Qц.

Склавши рівняння (1), (2,) (3) одержимо:

 

Позначимо - лінійний коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м×град), тоді Qц = КL(tг – tх)срL.

Якщо, то,

де d = 0,5 (d1 – d2) – товщина стінки труби.

3.3 Визначення середньої різниці температур гарячої і холодної рідин

 

У більшості випадків температури гарячої і холодної рідин змінюються вздовж поверхні теплообміну, тобто по довжині теплообмінного апарату. Тому Dt = (tг–tх)=f, тобто рушійна сила теплопередачі є змінна вздовж поверхні теплопередачі. Вона визначається початковими і кінцевими температурами теплоносіїв і напрямком їх рухую

Dtср = f(tг1, tг2, tх1, tх2, схема руху теплоносіїв).

Існують різні схеми руху теплоносіїв:

- прямотік (паралельний тік)

 

- протитік

 

- перехресний тік

 

- змішаний тік

 


Визначення Dtср при прямотоці

 

Хай Gг і Gх – витрати гарячої і холодної рідини, кг/с;

Сг і Сх – питома теплоємність гарячої і холодної рідини, Дж/(кг×град);

tг1, tг2, tх1, tх2 – температури гарячої і холодної рідини на вході і виході із апарату, град.

Необхідно визначити Dtср.

Виділимо в теплообмінну елементарну ділянку площею dF і розглянемо тепловий баланс для неї.

Хай dtг, dtх – зміна температури гарячої і холодної рідини на цій ділянці;

Dt = tг – tх – рушійна сила теплопередачі на цій ділянці.

Кількість тепла, що віддає гаряча рідина на цій ділянці:

dQ = - Gг×Сг×dtг, звідки dtг = - (1)

Кількість тепла, що одержує холодна рідина:

dQ = Gх×Сх×dtх, звідки dtх = - (2)

Відрахувавши (2) із (1) одержимо:

Dt

 

По рівнянню теплопередачі кількість тепла, що передається від гарячої рідини до холодної:

Dt

 

Підставимо (4) в (3):

 

Після інтегрування маємо:

 

 

Визначимо і через теплову загрузку апарата і зміну температур гарячої і холодної рідин в ньому.

Кількість тепла, що віддає гаряча рідина через всю поверхню:

Q = Gг×Сг×(tг1 - tг2), звідки (6)

Кількість тепла, яке одержує холодна рідина в апараті:

Q = Gх×Сх×(tх2 – tх1), звідки (7)

Підставляємо (6) і (7) в (5), одержимо:

 

або

Таким чином:

 

де Dt1 Dt2 – рушійна сила теплопередачі на одному і другому кінцях апарату відповідно.

Якщо Dt1 / Dt2 < 2, то - середньо арифметична різниця температур.

Середня різниця температур при протитоку

 

Вирішуючи задачу аналогічним шляхом, одержуємо той же результат:

 

Середня різниця температур при перехресному і змішаному токах рідин

При однакових початкових і кінцевих температурах теплоносіїв:

 

Величини Dtпхт і Dtзмт визначають в долях Dtптт, тобто Dtпхт = j1Dtптт і Dtзмт = j2Dtптт. Значення j1 і j2 для різних схем руху теплоносіїв наведені в довідковій літературі.

3.4. Порівняння прямо току і протитоку

Протиточна схема руху теплоносіїв має ряд переваг перед прямоточною, що обумовлює більш широке застосування її в технології. Переваги проти точної схеми заключаються в наступному:

1. Кількість тепла, яке може бути передане від гарячої рідини до холодної при протитоці значно більше, ніж при прямотоці.

 

При прямотоці:

Qпмт = Gг×Сг×(tг1 - tг2) = Gх×Сх×(tх2 – tх1)

При протитоці:

Qптт = Gг×Сг×(tг1 - tг2) = Gх×Сх×(tх2 – tх1)

Оскільки (tг1 - tг2) > (tг1 - tг2), то Qптт > Qпмт.

2. При заданих початкових і кінцевих температурах теплоносіїв Dtср при протитоці більше, ніж при прямотоці.

 

Тому для передачі однакової кількості тепла при протитоці необхідна менша поверхня теплопередачі. Дійсно Dtптт ~ Sптт, а Dtпмт ~ Sпмт. На діаграмі видно, що Sптт >Sпмт, тому tптт > tпмт, а.

3. Для охолодження заданої кількості гарячої рідини від tг1 до tг2 при протитоці потрібно менша витрата холодної рідини.

 

Оскільки (tх2 - tх1) > (tх2 - tх1), то Gх птт < Gх пмт.

В окремих випадках, коли температура одного або обох теплоносіїв є постійною по всій поверхні теплопередачі, взаємний напрямокруху теплоносіївне має впливу на Dtср і необхідну поверхню теплопередачі.

 

Оскільки Sпмт = Sптт, то Dtпмт = Dtптт і Fпмт = Fптт.

 

4. Теплове випромінювання.

Всі тіла здатні випромінювати енергію і поглинати енергію, випромінювану іншими тілами.

 

Тверді тіла мають безперервний спектр випромінювання, тобто вони здатні випромінювати хвилі будь-якої довжини при будь-якій температурі.

Гази мають смугастий спектр, тобто вони здатні випромінювати хвилі тільки визначеної довжини.

Інтенсивність теплового випромінювання збільшується з підвищенням температури. При t ³ 600 0С променевий теплообмін між твердими тілами і газами стає переважним, тобто він в декілька разів інтенсивніший за конвективний або молекулярний перенос.

Для рідин теплове випромінювання не має практичного значення тому, що його інтенсивність незначна в порівнянні з конвективним теплопереносом.

4.1. Закони теплового випромінювання

4.1.1. Закон збереження енергії

 

Тепловий потік, що падає на поверхню тіла, рівний сумі відбитого, поглинутого і пройденого крізь тіло потоків.

Рівняння балансу має вигляд:

Qпром = Qпогл + Qвідб + Qпрох або

 

В залежності від співвідношення між цими потоками всі тіла ділять на 4 групи:

- абсолютно чорні, які повністю поглинають променевий потік, що падає на їх поверхню. Близькими до цієї групи є тіла, поверхня яких покрита шаром сажі;

- абсолютно білі, які повністю відбивають променевий потік. Для полірованої поверхні алюмінію Qвідб / Qпром @0,97;

- абсолютно прозорі (діатермічні), які повністю пропускають через себе променевий потік, що падає на їх поверхню, тобто. Близькими до цієї групи є скло, двохатомні гази (N2,O2, H2), одноатомні гази (Ne, Не та інші);

- сірі тіла, які частково відбивають, а частково поглинають або пропускають променевий потік, що падає на їх поверхню. Більшість природних тіл відносяться до цієї групи.

4.1.2. Закон Стефана-Больцмана

Кількість енергії, що випромінюється тілом за одиницю часу з одиниці поверхні, називається випромінювальною спроможністю.

 

У відповідності з законом Стефана-Больцмана випромінювальна спроможність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертій степені абсолютної температури його поверхні:

 

де С0 – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла (5,67 Вт/м2×К4);

Т – абсолютна температура поверхні тіла, К.

Закон Стефана-Больцмана застосовується з деякими поправками також до сірих тіл:

 

де ε = - відносний коефіцієнт випромінювання або ступінь чорності сірого тіла.

ε залежить від природи матеріалу, температури тіла і стану його поверхні. Його значення змінюється від 0,055 для полірованого алюмінію до 0,95 для. Для сталі вуглецевої ε» 0,82 при 20 0С.

4.1.3. Закон Кирхгофа.

Хай Еі – випромінювальна спроможність і-того тіла.

 

Кірхгоф з’ясував, що відношення випромінювальної спроможності до коефіцієнту поглинальної спроможності є величина постійна для всіх тіл і дорівнює випромінювальній спроможності абсолютно чорного тіла:

 

Наслідок:

 

 

Тобто, відносний коефіцієнт випромінювання сірого тіла (ступінь чорності) рівний коефіцієнту поглинальної спроможності цього тіла.

Звідси витікає, що тіла з шершавою поверхнею мають більшу випромінювальну спроможність, ніж поліровані.


 

 

4.2. Взаємне випромінювання твердих тіл

 

Хай Т1 – абсолютна температура більш нагрітого тіла, К;

Т2 – температура менш нагрітого тіла, К;

F – площа випромінювання більш нагрітого тіла.

Необхідно визначити променевий потік тепла Qпром від більш нагрітого тіла до менш нагрітого.

Кількість тепла, що передається від більш нагрітого тіла до мнеш нагрітого з допомогою променів, визначається по рівнянню:

 

де С1-2 – коефіцієнт взаємного випромінювання тіл;

j - середній кутовий коефіцієнт, який залежить від форми і розмірів тіл, відстані між ними і взаємного положення;

F – площа випромінювання.

В загальному випадку С1-2 = εпр×С0,

де εпр – приведена ступінь чорноти тіл, що обмінюються променевою енергією.

Розглянемо найбільш прості випадки променевого теплообміну між твердими тілами.

1. Поверхні тіл паралельні і мають однакову площу.

 

С1-2 = εпр×С0 εпр = ε1 × ε2


 

2. Апарат, що випромінює тепло, знаходиться в закритому приміщенні.

 

 

де F1 – поверхня апарату;

F2 – поверхня стін, стелі і підлоги.

Якщо F1 << F2, то εпр» ε1 і С1-2 = ε1С0 = С0

4.3. Випромінювання газів

Одноатомні гази (Не, Ar та ін..) і двохатомні гази (N2,O2, H2) є діатермічними (прозорими для променів), тобто вони нездатні випромінювати або поглинати променеву енергію.

Багатоатомні гази і пари (СО2, SО2, Н2О, NН3…) можуть поглинати і випромінювати енергію в визначених діапазонах довжини хвиль.

На відміну від твердих тіл гази випромінюють теплові хвилі не з поверхні, а із всього об’єму.

При випромінюванні двох газів в одній і тій же полосі спектру випромінювання одного газу частково поглинається другим газом, що значно ускладнює рішення задачі про випромінювання.

В технічних розрахунках приймають, що гази підпорядковуються закону Стефана-Больцмана:

 

де εг – відношення загальної кількості енергії, що випромінюється газом, до кількості енергії, що випромінюється абсолютно чорним тілом при тій же температурі.

εг = f (Тг, р, l),

де р – парціальний тиск газу, що випромінює енергію;

l – товщина шару газу, що випромінює енергію.

Значення εг наводяться в довідниках у вигляді графіків.

Наведена вище формула визначає потік енергії, що випромінюється газом в порожнечу.

Кількість тепла, що передається від шару газу до стінки шляхом випромінювання, визначається по формулі:

 

де εст – ефективна ступінь чорноти стінки з урахуванням часткового поглинання променів газу;

εг – ступінь чорноти шару газу при Тг;

εг – ступінь чорноти шару газу при Тст.

По практичним даним εст» 0,8.

4.4. Складна тепловіддача.

Важливою задачею при проектуванні технологічних апаратів є визначення втрат тепла в навколишнє середовище.

 

Теплообмін між поверхнею апаратів і навколишнім середовищем відбувається конвекцією і випромінюванням. Такий процес називається складною тепловіддачею.

Qконв = aкон (tст – tг) F (1)

 

де F – поверхня апарату, С1-2 = εпр × С0

Якщо апарат знаходиться в приміщенні, то j = 1.

Представимо рівняння (2) в такому вигляді:

 

 

де aпром – коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт/м2 × град.

Тоді загальний потік тепла з поверхні апарату становить:

Q = Qконв + Qпром = (aконв + aпром) (tст – tг) F = aзаг (tст – tг) F.

В загальних випадках aконв визначають по критеріальним рівнянням Nu = f(Gr, Pr,), а aпром по рівнянню (3).

В окремих випадках при розрахунках втрат тепла з поверхні апаратів, що знаходяться в приміщеннях, aзаг визначають по емпіричній формулі:

aзаг = 9,3 + 0,058 tст,

яка дає задовільні результати при значеннях tст = 50 – 350 0С і tг = 20 0С.

Якщо температура повітря значно відрізняється від 20 0С, то користуються формулою:

aзаг = 9,74 + 0,07 (tст – tпов).

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Техника выполнения строевого приема | Загальна характеристика неметалів
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-15; Просмотров: 1297; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.01 сек.