Тепловое излучение

Конвекция.

Конвекция – процесс переноса тепла вследствие движения или перемешивания макроскопических объемов жидкости или газа. Конвективный теплообмен происходит одновременно с теплопроводностью. Он может быть естественным (свободным) при наличии разности давлений, плотностей и других условий, или принудительным – при перемешивании жидкостей или газов. Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулентно движется вся масса жидкости. При этом уменьшается толщина пограничного ламинарного слоя у поверхности стенки, вдоль которой движется теплоноситель. Поскольку в самом ламинарном слое процесс передачи тепла осуществляется теплопроводностью, а теплопроводность газов и жидкостей невелика, то для интенсификации конвективного обмена необходимо уменьшить толщину пограничного слоя. К уменьшению его толщины приводит повышение турбулентности потока теплоносителя.

Со сложным механизмом конвективного обмена связаны трудности расчетов процесса теплоотдачи. Для удобства расчета в основу его кладут уравнение Ньютона, согласно которому количество тепла, переданное от теплообменной поверхности к окружающей среде (жидкость, газ) или наоборот, прямо пропорционально поверхности теплообмена, разности температур поверхности и окружающей среды и времени, в течение которого осуществляется теплообмен:

Уравнение Ньютона (конвективный теплообмен)

Q = α · F · Δt ּ τ (2)

где Q – количество тепла, переданное от теплообменной поверхности к окружающей среде (Дж)

α – коэффициент теплоотдачи

F – поверхность теплообмена (м²)

Δt – разность температур поверхности и окружающей среды (С^о)

τ – время (с)

Величина α зависит от многих факторов: характера движения теплоносителя (ламинарный, турбулентный), его скорости, физических свойств (вязкость, плотность, теплопроводность), размера и формы поверхности теплообмена.

Передача тепла излучением происходит путем переноса тепловой энергии в виде электромагнитных волн различной длины (0,4-40 мкм), которые лежат в основном в ИК области спектра. В этом случае тепловая энергия переходит в лучистую, а лучистая при поглощении телом вновь превращается в тепло.

Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). Твердые тела способны испускать волны всех длин спектра при любой температуре. Однако интенсивность теплового излучения возрастает с повышением температуры тела, и при высоких температурах (>600^оС) лучистый обмен между твердыми телами и газами приобретает основное значение.

Поток лучей, испускаемый нагретым телом, попадая на поверхность другого лучеиспускающего тела, частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тело без изменений. Лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощающая способность. Этим объясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела.

Согласно закону Стефана-Больцмана количество тепла Q (Дж) абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела и четвертой степени его абсолютной температуры:

(3)

где Q – количество тепла абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени (Дж)

C_o – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела

F – поверхность излучающего тела (м²)

T – абсолютная температура (К^о)

Для серых тел:

С = ε ּ С_о , где ε – степень черноты тела.

Значения ε приводятся в специальной и справочной литературе.

Рассмотренные способы передачи тепла раздельно встречаются редко, они обычно сопутствуют друг другу, т.е. происходит сложный теплообмен.

Дата добавления: 2014-01-07