- •Теплообмен при изменении агрегатного состояния вещества
- •1. Кипение Кипение – парообразование, характеризующееся возникновением новых поверхностей раздела жидкой и паровой фаз, нагретых выше температуры насыщения.
- •2. Конденсация пара
- •Теплообмен излучением
- •Основные законы теплового излучения
- •Лучистый теплообмен между телами
- •1. Параллельные плоскости.
- •2. Тела произвольной формы.
- •3. Теплообмен в оболочке.
- •Излучение газов
- •Сложная теплоотдача
Основные законы теплового излучения
1. Закон Планка – устанавливает зависимость интенсивности собственного излучения тела от длины волны и температуры.
,
С1, С2 – константы: С1=3,22·10-16 Вт/м2; С2=1,24·10-2 Вт/м2;
λ – длина волы, м;
Т – абсолютная температура.
С увеличением длины волны интенсивность излучения резко возрастает, затем медленно убывает.
Энергия излучения возрастает с увеличением Т (площадь по кривой).
С повышением температуры тела энергия его излучения на одной и той же длине волны возрастает.
2. Закон смещения Вина – отражает зависимость между длиной волны, соответствующей максимальной интенсивности излучения, и температурой.
λmaxТ=2,9·10-3.
Максимальная спектральная плотность потока излучения с повышением температуры смещается в сторону более коротких длин волн.
3. Закон Стефана-Больцмана – устанавливает зависимость плотности потока излучения абсолютно черного тела от его температуры.
(уравнение получено после преобразования
закона Планка).
- постоянная Стефана Больцмана.
В технических расчетах уравнение приводят к виду: .
- коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Интенсивность излучения серых тел меньше, чем черных.
- степень черноты тела.
,
где – коэффициент излучения серого тела (0…1).
4. Закон Кирхгора – устанавливает зависимость между излучательной и поглощательной способностью тел.
Составим баланс лучистого теплообмена между параллельными неограниченными серой и абсолютно черной пластинами.
Результирующее излучение:
.
Если температуры пластин одинаковы, то .
.
Обобщая этот вывод, для ряда взаимно параллельных тел получим:
.
Отношение энергии излучения тела к его поглощающей способности одинаково для всех тел и равно излучению абсолютно черного тела при этой же температуре.
- коэффициент поглощения равен степени черноты данного тела.
Чем больше тело способно излучать, тем больше оно поглощает и наоборот. Излучательная способность черного тела много более серого при той же температуре.
5. Закон Ламбера – устанавливает зависимость величины энергии излучения от направления ее распространения.
, - плотность потока.
Излучение в направлении нормали к поверхности в π раз меньше плотности потока излучения тела.
Лучистый теплообмен между телами
1. Параллельные плоскости.
Рассмотрим теплообмен между двумя пластинами Т1>Т2, определим результирующий поток.
На первом этапе определим количество тепла, переданного от первой пластины ко второй. Собственный поток излучения обозначим Е1.
Плотность потока, поглощенного второй пластиной в результате одностороннего теплообмена, определится как сумма:
R1, R2<1.
Выражение в [ ] – убывающая геометрическая прогрессия, для которой можно определить сумму:
.
Плотность потока поглощенного первой пластиной в результате одностороннего теплообмена со второй аналогично:
.
Результирующая плотность:
.
Подставим значения , →
.
- приведенная степень черноты двух тел.
- приведенный коэффициент излучения.
.
Для уменьшения лучистого теплообмена используют экраны. Обычно это тонкий металлический лист с большой отражательной способностью.
Температуры обеих поверхностей экрана считают одинаковыми.
Если степень черноты ε стенок и ε экрана равны , то плотность теплового потока от введения n экранов составит .
Если εэ<< ε1, ε2, то .
Пример: Если стальные стенки (ε1= ε2=0,8) разделены стальным экраном, то q уменьшается в 2 раза, если экран полированного алюминия (εэ=0,02), то q уменьшается в 80 раз.