4.2. Конвекция

Процесс переноса тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости называется конвекцией. Конвективный теплообмен происходит одновременно с теплопроводностью.

При передаче тепла конвекцией у поверхности стенки, вдоль которой движется теплоноситель и через которую проходит тепло, образуется пограничный ламинарный слой. Теплопроводность жидкостей и газов невелика, поэтому переход тепла через пограничную пленку затруднен. Чтобы ускорить теплопередачу, стремятся уменьшать толщину пленки, т. е. применяют движущиеся теплоносители. Повышение турбулентности потока теплоносителя приводит к уменьшению толщины ламинарного слоя и увеличению количества передаваемого тепла.

Основным законом теплоотдачи является закон Ньютона. Количество тепла Q, переданное от тепло-обменной поверхности к окружающей среде (жидкость, газ) или от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена F, разности температур поверхности и окружающей среды (θ_част. = t_ж - t_ст) и времени τ, в течение которого осуществляется теплообмен:

Q = α · F · θ_част · τ

где F - площадь поверхности теплообмена, м²; θ_част - разность температур между основной массой теплоносителя и поверхностью стенки,°С; τ - время, с; α - коэффициент теплоотдачи, Дж / (m² · c ·°С).

α =	Q
	F · θчаст · τ

Коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество тепла передается от теплообменной поверхности с площадью 1 м² в окружающую среду или, наоборот, от окружающей среды к теплообменной поверхности с площадью 1 м² в единицу времени при разности их температур в 1 град.

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

4.3. Лучеиспускание

Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). В результате обмена тела с меньшей температурой приобретают дополнительное тепло за счет энергии тел с большей температурой, т. е. лучистая энергия переходит в тепловую. Лучистая энергия представляет собой энергию электромагнитных колебаний с различными длинами волн (тепловому излучению соответствуют длины волн от 0,4 до 40 мкм). Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно черными, полностью отражающие - абсолютно белыми, пропускающие всю падающую на них энергию - абсолютно прозрачными. Поглощение и отражение лучистой энергии твердыми телами в значительной мере зависит от состояния их поверхности. Шероховатые поверхности обладают высокой поглощательной, гладкие - отражательной способностью. Большинство газов (паров) обладают значительной способностью испускать и поглощать лучистую энергию не поверхностным слоем, а объемом, поэтому излучение их зависит от толщины газового слоя.

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

Q = C · F · (	T	)^4
	100

где С - коэффициент лучеиспускания, для абсолютно черного тела он равен 5,68 Дж/м² (с · К⁴).

Для других тел коэффициент лучеиспускания находят через коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела (C_s):

C = ε · C_s

где величина ε, называемая степенью черноты тела, представляет собой отношение коэффициента лучеиспускания данного тела к коэффициенту абсолютно черного.

Лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощающая способность. Этим объясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела, а для абсолютно белого и абсолютно прозрачного тел лучеиспускательная способность равна нулю.