Контрольні питання

1. Поясніть суть процесу тепловіддачі.

2. Основне рівняння конвективного теплообміну.

3. Що називається коефіцієнтом тепловіддачі і методи його визначення?

4. Теорія подібності – основа моделювання процесів теплообміну.

5. Вид критеріального рівняння, що описує вимушену конвекцію.

6. Критеріальні рівняння Рейнольдса, Грасгофа.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

Визначення ступеня чорноти поверхні металу методом порівняння

Мета роботи:	Поглиблення знань з теорії променевого теплообміну, дослідне визначення ступеня чорноти стальної трубки методом порівняння.
Прилади та обладнання:	Експериментальна установка, термометр, годинник, штангенциркуль.

Теоретичні відомості

Променева енергія є результатом складних внутрішньоатомних процесів, енергією електромагнітних коливань, які розповсюджуються прямолінійно у навколишньому просторі із швидкістю близько 300000 км/сек.

Інтегральний тепловий потік , який випромінюється з одиниці поверхні в усіх напрямках, називається випромінюючою здатністю тіла. За законом Стефана-Больцмана для абсолютно чорного тіла:

(6.1)

де – випромінююча здатність чорного тіла; – константа випромінювання абсолютно чорного тіла ( ) ; – абсолютна температура чорного тіла .

Для розрахунків можна користуватися більш зручним записом:

(6.2)

де – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.

Випромінювання реальних тіл трохи відрізняється від закона Стефана-Больцмана.

Дослідним шляхом встановлено, що можна застосовувати цей закон і до сірих тіл. Тоді формула (6.2) прийме вигляд:

(6.3)

де – коефіцієнт випромінювання сірого тіла ( ); – його абсолютна температура .

Відношення енергії випромінювання сірого тіла до енергії випромінювання абсолютно чорного тіла називається відносною випромінювальною здатністю або ступінню чорноти тіла:

.

(6.4)

З урахуванням (6.4) формула (6.3) має вигляд:

.

(6.5)

Визначення ступеня чорноти поверхні металу методом порівняння полягає в тому, що обидві трубки знаходяться в рівних умовах. Трубка прийнята за еталон, покрита шаром сажі і ступінь чорноти відома, друга трубка має гладку поверхню і ступінь чорноти її потрібно визначити.

Температура стінок встановлюється для обох трубок по відношенню до зовнішнього середовища однаковою і тоді умови теплообміну у них також будуть однаковими.

Кількість тепла, віддана трубкою навколишньому середовищу, складається із тепла, переданого конвекцією , і тепла, переданого випромінюванням Q_пр:

Qсп=Qк+Qпр .

(6.6)

Оскільки трубки мають одні і ті ж геометричні розміри, знаходяться в рівних умовах теплообміну і мають однакову температуру стінок, то кількість тепла, передана конвекцією, для обох трубок можна вважати однаковою:

Qк1= Qк2 .

(6.7)

Тепло, віддане випромінюванням кожною трубкою, визначається за формулами:

,

(6.8)

.

(6.9)

де F=πDl – поверхня трубки, що віддає тепло (однакова для обох трубок); ε₁=0,95 – ступінь чорноти еталонної трубки; ε₂ – ступінь чорноти сірої трубки; Т_ст – середня абсолютна температура стінки трубки; Т_пов – середня абсолютна температура повітря в приміщенні.

Тоді різниця в кількості тепла, відданих першою і другою трубками, визначається виключно різною їх здатністю до випромінювання, тобто буде обумовлена різними значеннями їх ступенів чорноти:

. (6.10)

Тепло, віддане кожною трубкою в стаціонарному режимі, визначається:

,	(6.11)
,	(6.12)

де I₁, I₂ – сила струму в першому і другому нагрівачі; U₁, U₂ – напруга на кінцях першого і другого нагрівача.

Використовуючи формули (6.10), (6.11), (6.12), визначаємо ступінь чорноти дослідної трубки за формулою:

.

(6.13)

Рис. 6.1.Схема дослідної установки