условный коэффициент теплоотдачи излучением aл, поэтому cуммарный коэффициент теплоотдачи равен а= αк+αл.

Для сложных процессов теплообмена используют ряд чисел подобия, в

частности числа Больцмана – В0 и Кирпичева – Кi , имеющие вид:

В0= ρCPυ /σ0T 3; Кi=σ0T 3 / kλ .

Число Больцмана В0 характеризует радиоционно-конвективный теплообмен: чем оно меньше, тем большую роль играет лучистый теплообмен в среде по сравнению с конвективным.

Число Кирпичева Кi характеризует радиационно-кондуктивный теплообмен.

Число Бургера Ви=kl0 характеризует оптическую плотность среды, т. е. прохождение через нее лучистой энергии.

1.7.4. Теплообменные аппараты. Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды к другой при осуществлении различных тепловых процессов (например, нагревания, охлаждения, кипячения, конденсации). Жидкие среды, воспринимающие или отдающие теплоту, именуют горячими или холодными теплоносителями.

По принципу действия теплообменные аппараты разделяются на поверхностные (рекуперативные и регенеративные), в которых тепловой перенос осуществляется с использованием разделяющих поверхностей и твердых тел, и смесительные, процессы нагревания и охлаждения в которых происходит при непосредственном контакте теплоносителей.

Врекуперативных теплообменниках горячий и холодный теплоносители перемещаются одновременно, а теплота передается непрерывно через разделяющую их стенку.

Регенеративными (регенераторами) называются теплообменные аппараты,

вкоторых теплоносители попеременно соприкасаются с поверхностью так называемой насадки, аккумулирующей теплоту от горячего теплоносителя и отдающей ее холодному теплоносителю. Таким образом, для регенераторов характерен нестационарный теплообмен.

Взависимости от агрегатного состояния теплоносителей рекуперативные теплообменники классифицируются на газогазовые, газожидкостные, парогазовые, парожидкостные и жидкостножидкостные. В основу классификации рекуперативных теплообменников положен способ компоновки теплопередающей поверхности или ее конфигурация.: теплообменники типа «труба в трубе», кожухотрубчатые, с прямыми трубами, змеевиковые, пластинчатые, ребристые.

По относительному движению потоков теплоносителей теплообменники делят на прямоточные, противоточные и со смешанным током.

В особую группу выделяются теплообменные аппараты с внутренним источником теплоты, отвод которой осуществляется одним теплоносителем. Примером таких теплообменников могут служить электронагреватели, ядерные реакторы и др.

Контрольные вопросы:

1.Что называется лучистым теплообменом или тепловым излучением?

2.Дайте определение поверхностной плотности излучения.

3.В чем состоит отличие в излучении твердых и жидких паро- и газообразных веществ?

4.Что называется интенсивностью излучения?

5.В чем состоит отличие абсолютно черного тела от абсолютно белого тела?

6.Что понимается под эффективным излучением?

7.От чего зависит количество поглощаемой энергии газом?

8.Перечислите разновидности сложного теплообмена?

9.Что называется теплообменным аппаратом?

1.8. Нестационарная теплопроводность 1.8.1. Основные понятия и определения

Нестационарным процессом теплопроводности называют процесс, при котором температурное поле тела изменяется с течением времени, т.е.:

t = f (x, y,z,τ),

(1.115)

где t - температура;

x- текущие координаты;

τ- текущее время.

Большинство инженерных задач решается для процесса одномерной теплопроводности при условии, что толщина стенки δ значительно меньше остальных геометрических размеров. При инженерных расчетах определяются:

-температура поверхностей стенки в заданный момент времени;

-предельно допустимое время нагревания стенки.

При нагревании плоской стенки поток теплоносителя принимается стационарным одномерным.

Теплообмен между теплоносителем и стенкой может осуществляться конвекцией и лучеиспусканием, тогда:

q = qK + qЛ ,

(1.116)

где qK - удельный конвективный тепловой поток, направленный в

нагреваемую стенку;

qЛ - удельный лучистый тепловой поток между теплоносителем и

стенкой.		qK =αK (tг −tcт),														(1.117)
где αK - коэффициент теплоотдачи конвективного теплообмена,
q		= 4,9ε		ε				−ε					Т2	4
							)(1			)		(		)	,	(1.118)
	Л		Г		СТ	Г			С			100

где εГ - суммарная степень черноты газов СО2 и Н2О; εСТ - степень черноты стенки, например, для стальных стенок можно принять εСТ =0,75÷0,85.

Рассмотрим качественную картину нестационарной теплопроводности плоской стенки. В этом случае, расчеты основываются на следующих допущениях:

-стенка плоская изотропная;

-поток теплоносителя одномерный, стационарный;

-процесс теплопроводности одномерный нестационарный;

-плоская стенка имеет одинаковую температуру по толщине δ , равную температуре окружающей среды;

-тепловой поток, проходящий через стенку изменяется от q = 0 до

конечной величины qкон . В момент достижения q = qкон процесс теплопроводности становится стационарным. Температуры наружных

поверхностей стенки достигают конечных значений tC1,K и tC2,K (рис. 1.14).

Рис. 1.14.

Схема температурного поля нестационарной теплопроводности плоской стенки.

-Рассмотрим характер изменения температурного поля в плоской стенке; удельных тепловых потоков q1 и q2; температур наружных стенок tC1,K

и tC2,K

Обозначим:

tг – температура теплоносителя на наружной границе пограничного слоя; tC1- температура поверхности стенки, омываемой теплоносителем со скоростью υ ;

tC2 – температура противоположной поверхности стенки; tв – температура окружающей среды (воздуха);

q1 и q2 - удельные потоки тепла, поступающего в стенку и выходящего из стенки через наружную поверхность.

q1	=α1(t2 −tC1)	(1.119)
q2	=α2(tcг −tв),	(1.120)

где α1 - приведенный коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке;

α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к окружающей среде.

Вмомент времени τ = 0 имеем tC1 =tC2= tв.

При нагреве стенки температурное поле изменяется во времени (рис.1.16). Величина удельного теплового потока, проходящего через стенку, изменяется от q = 0 до q = qкон. В момент равенства q = qкон процесс теплопроводности

становится стационарным, а температуры наружных поверхностей достигают конечных значений tC,1К, tC,2К и в дальнейшем остаются неизменными.

Характер изменения удельных тепловых потоков показан на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Характер изменения удельных тепловых потоков

С течением времени температура tC1 возрастает и достигает конечной величины tC,1К. Так как α1 = const и tг = const , то величина q1 уменьшается, как