Визначення коефіцієнта тепловіддачі
Для визначення коефіцієнта тепловіддачі беруть число Нуссельта (критерій) в яке входить коефіцієнт тепловіддачі. Решта критеріїв, виконують роль аргументів цієї функції і вибираються в залежності від характеру руху рідини. Складена таким чином функція називається критеріальним рівнянням. При вимушеному русі рідини, відповідно до теорії подібності, застосовуються такі критеріальні рівняння:
де
Так як для газів число Прандтля Pr = const, то
При природної конвекції застосовується критеріальне рівняння:
Тепловіддача при вимушеній конвекції.
Під час вимушеної конвекції коефіцієнт тепловіддачі залежить від наступної умови: характеру руху рідини або газу. Із зростанням числа Рейнольдса збільшується турбулентність, а значить зростає теплообмін і коефіцієнт α. При турбулентному русі рідини в гладких трубах при Re>
Справедливо, якщо число Рейнольдса Re<
Де Prж - число Прандтля для рідини.
Prст - число Прандтля для стінки.
Коефіцієнт А враховує напрямок теплового потоку. При нагріванні α виходить більше, при охолодженні - менше.
де l- довжина труби
d - діаметр труби.
Значення α виходять середнім для всієї довжини труби.
Теплообмін при вільній конвекції.
Теплообмін при вільному русі спостерігається уздовж нагрітої стінки і відбувається внаслідок різниці температур. Характер руху потоку при вільній конвекції змінюється від ламінарного до турбулентного, і одночасно з цим змінюється і коефіцієнт тепловіддачі α.
З, n- Коефіцієнти, які визначають з довідників в залежності від величини аргументів (Gr; Pr)
λ- коефіцієнт теплопровідності.
l- визначає розмір за який приймається висота стінки або довжина вертикальної труби.
У разі горизонтальної труби за визначальний розмір визначається діаметр d.
Променистий теплообмін.
Теплове випромінювання - є результат перетворення внутрішньої енергії тіл в енергію електромагнітних коливань. Теплове випромінювання як процес поширення електромагнітних хвиль характеризується довжиною хвилі λ і частотою коливань:
с- швидкість світла. (В вакуумі
Тепловий потік, що випромінюється на всіх довжинах хвиль з одиницею поверхні тіла в усіх напрямках називається поверхневої густини потоку інтегрального ізлученіяE.
Частина енергії випромінювання Eпад, падаючого на тіло поглинається EА, частина відбивається Er і частково проникає крізь нього EΔ.
Це рівняння теплового балансу можна записати в безрозмірною формі:
Де А- коефіцієнт поглинання.
R- коефіцієнт відображення.
D- коефіцієнт пропускання.
Тіло, що поглинає всі падаючі на нього випромінювання, називається абсолютно чорним. для нього А = 1.
Тіла для яких А<1 и зависит от длины волны падающего излучения называется серыми. Для абсолютно белого тела R=1,для прозрачного D=1.
Як абсолютно чорного тіла так і абсолютно білого тіла не існують, теплові промені поглинаються тілом і перетворюються в енергію руху атомів і молекул, що викликає підвищення температури тіла. Інтенсивність випромінювання зростає з підвищенням температури випромінюючих тел.
Тверді тіла і рідинні тіла випромінюють електромагнітні хвилі основного спектру (0; ∞). Нагріті гази випромінюють тільки в певному інтервалі довжини хвиль. Сумарний процес взаємного випускання, поглинання, віддзеркалення і пропускання енергії випромінювання в системах тіл, називається променистим теплообміном.
Поверхнева щільність потоку інтегрального випромінювання абсолютно чорного тіла, в залежності від його температури, описується законом Стефана-Больцмана.
σ0 = 5,67
Для технічних розрахунків закон Стефана-Больцмана записують у вигляді:
С0 = σ0 ·
Тіла, з якими ми зустрічаємося на практиці випромінюють менше теплової енергії, ніж абсолютно чорне тіло при тій же температурі.
Ставлення поверхневої густини потоку власного інтегрального випромінювання E до поверхневої густини потоку інтегрального випромінювання E0 абсолютно чорного тіла при тій же температурі називається мірою чорноти тіла.
Ступінь чорноти (
