2_теплообмен (УЭИ_2016)

90

6.4.2 Лучистый теплообмен между произвольно расположенными телами

В случае произвольного расположения поверхностей теплообмена каждая из них излучает на другие лишь часть энергии. Остальная энергия рассеивается в пространстве. В этом случае, в соответствии с законом Ламберта, вводится поправочный коэффициент – коэффициент облученности тела:

		=	Q	12
	12		Q
					1

,

где 12 – коэффициент облученности первым телом второго;

Q12 – поток энергии излучения, воспринимаемый вторым телом; Q1 – весь поток энергии, излучаемый первым телом.

Коэффициент облученности – это чисто геометрический фактор и зависит от формы, размеров и расположения тел. Он рассчитывается по законам геометрической оптики и приводится в справочной литературе.

В общем случае лучистый тепловой поток от одного тела к другому рассчитывается по общей формуле

								T		4		T		4
	Q	= ε		C		F
								1			−	2
	12		пр		0	л		100				100

где Fл – лучевоспринимающая (взаимная) поверхность, Fл = 12 ·F1 = 21 ·F2 – уравнение взаимности;

,

(6.23)

	ε пр =					1
					1				1				.	(6.24)
	1 +		12			−1	+			−1
					ε1			21	ε 21
Примечания: 1) для параллельных поверхностей											12		= 21 = 1 и при F1 =

F2 формулы (6.23) и (6.24) приводятся соответственно к (6.19) и (6.20);

2) для лучистого теплообмена в замкнутом пространстве, когда первое тело не имеет вогнутостей, находится внутри второго и всё его эффективное излучение полностью попадает на второе тело: 12 = 1, Fл = F1 = 21·F2 и ,значит, 21 = F1/F2. В этом случае легко заметить, что формулы (6.23) и (6.24) превращаются в (6.21) и (6.22).

В приближенных расчетах лучистого теплообмена между двумя произвольно расположенными телами допустимо принять

пр = 1 2 .

91

При 1 и 2 > 0,8 ошибка при таком допущении меняется от 0 (при F1/F2 = 1) до 20% (при F1/F2 = 0). Ошибка возрастает с уменьшением 1 или 2.

6.4.3 Экранирование

Для уменьшения лучистого теплообмена широко используется экранирование тепловоспринимающих поверхностей. Экраны часто изготавливаются из тонкостенного материала с малой степенью черноты (высоким коэффициентом отражения R).

Экран со степенью черноты э = 1 = 2 уменьшает поток излучения в два раза. При наличии "n" таких экранов поток излучения уменьшается в (n+1) раз.

Эффективность снижения лучистого теплообмена увеличивается при использовании экранов с малой степенью черноты. Например, если окисленную стальную поверхность ( =0,8) защитить экраном с = 0.1, то лучистый тепловой поток уменьшится более чем в 13 раз.

Экраны применяются для повышения термического сопротивления ограждающих конструкций зданий и транспортных устройств, а также при изоляции тепловых аппаратов, приборов и трубопроводов.

6.5 Сложный теплообмен

Чаще всего лучистый теплообмен между поверхностью и омывающим ее газом сопровождается конвективным теплообменом. В этом случае суммарный тепловой поток складывается из конвективного и лучистого тепловых потоков:

или

q = q	к	+ q	л

		Q = Qк			+ Qл ,
										4
= α (t		− t		)+	ε C		T
								с
	ж		с			0	100

T			4
−	ж
100

.

(6.25)

Рассмотрим два частных случая:

1 Если в этом сложном теплообмене определяющим является конвектив-

ный теплоперенос

qк qл, тогда в (6.25) плотность лучистого теплового пото-

ка представляется в виде

q

л

= α

л

(t

ж

− t

с

)

,

(6.26)

Тс

4

Т ж

4

−

где α

л = ε С0

100

100

= ε С0

Θ ;

Тс −

Т ж

92

		Т			4	Т				4
			с					ж
						−
Θ =		100				100
			Т			− Т
					с		ж

- температурный коэффициент, для которого в

справочной технической литературе имеются номограммы = f( Тж, Тс ).

Подставляя (6.26) в (6.25), получим плотность суммарного теплового потока при q к q л:

q = (α + α	л	) (t	ж	− t	с	)	.	(6.27)

2 Если в сложном теплообмене определяющим является процесс теплового излучения, тогда, аналогично первому случаю, из (6.24) получим плот-

ность суммарного теплового потока при q к << q л:

T

4

T

4

q = q

+ q

= (ε

+ ε) C

с

−

ж

,

к

л

к

0

100

100

ε

=

α

Т

с

− Т

ж

=

α

где

к

С

Т

4

Т

4

С

Θ .

0

с

ж

0

−

100

100

(6.28)

Вопросы для самопроверки

1Описать механизм переноса теплоты излучением.

2В каких средах возможен перенос теплоты излучением?

3Уравнение баланса лучистого теплообмена.

4Определение излучательной способности, удельного лучистого потока.

5Определения абсолютно черного, белого и прозрачного тел.

6Определение и формула эффективного излучения.

7Закон Планка. Формулировка, уравнение и график.

8Закон Вина. Формулировка и уравнение.

9Закон Стефана-Больцмана. Формулировка и уравнение.

10Определение серых тел.

11Определение степени черноты тела.

12Формулировка и суть закона Кирхгофа.

13Закон Ламберта.

14Способы защиты от излучения.

15Формулы для определения результирующих потоков при сложном теплооб-

мене.

93

Список рекомендуемой литературы

Основная

1Баскаков А. П., Берг Б.В., Витт О.К. и др. Теплотехника: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. Гл. 11, п.11.1-11.4.

2Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. Гл. 29, § 29.1-29.7.

3Архаров А.М., Архаров И.А., Афанасьев В.Н. и др. Теплотехника: учебник для втузов. -Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. Гл. 2, п. 2.4.

Дополнительная

1Михеев М.А., Михеева И.М. Краткий курс теплопередачи: учебник для неэнергетических специальностей высших технических учебных заведений. - М. - Л.: Госэнергоиз-

дат, 1961. Гл. 4, п.4-1 - 4-3.

2Поршаков Б. П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности): учебник для вузов.

–М.: Недра, 1987. Гл. 21, § 83-86.

3Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М. и др. Теплотехника: учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1999. Гл. 11, п. 11.1-11.5.

4Мухачев Г. А., Щукин В. К. Термодинамика и теплопередача: учебник для авиац. вузов.- 3-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 1991. Ч. 2, гл. 14, § 14.1-14.6.

94

Учебное издание

Новоселов Игорь Викторович, Молчанова Раиса Абубакировна, Теляшева Гузель Джаватовна,

Краткий курс лекций по теплотехнике Часть II. ТЕПЛООБМЕН

Редактор Н.В. Исхакова

Подписано в печать ………Бумага офсетная. Формат 60 84 1/16. Гарнитура «Times New Roman». Печать трафаретная. Усл. печ.л. 5.9. Уч.–

изд.л. 3.4. Тираж 1000 экз. Заказ .

Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии:

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1