Файл: со страницы 216 ответ на 5 задачу.pdf

МОДУЛЬ 4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

27. Теплообмен излучением между твердыми телами, разделенными прозрачной (диатермичной) средой

Коэффициентизлучениятвердыхтелиметодыегоопределения (радиационный, калориметрический, регулярноготеплового режима, нагреванияспостояннойскоростью)

Для определения результирующих тепловых потоков необходимо располагать данными по коэффициенту излучения. Для реальных тел коэффициент излучения является сложной функцией, зависящей от природы излучающего тела, его температуры, состояния поверхности, а для металлов – от степени окисления этой поверхности. Для чистых металлов с полированными поверхностями коэффициент излучения имеет низкие значения. Так при температуре 100оС коэффициент излучения металлов по отношению к его величине для абсолютно черного тела не превышает 0,1. Коэффициент излучения металлов практически линейно зависит от температуры.

Радиационный метод является относительным методом. Он основан на сравнении излучения исследуемого тела с излучением абсолютно черного или другого тела (эталона) с известным коэффициентом излучения.

Калориметрический метод основан на непосредственном измерении лучистого теплового потока, испускаемого исследуемым телом. Поэтому в отличие от радиационного метода он является абсолютным.

Метод регулярного теплового режима. В основу этого метода положена первая теорема Кондратьева из теории теплового регулярного режима метода нестационарной теплопроводности. Опыт сводится к определению темпа охлаждения в порядке, обычном для регулярного режима.

Метод нагревания с постоянной скоростью. Образец исследуемого материала простой геометрической формы, например, в форме цилиндра, помещается внутри массивного цилиндрического блока, служащего для создания равномерного температурного поля вокруг образца. Внутренние размеры кожуха мало отличаются от внешних размеров опытного образца. Теплообмен между образцом и блоком при наличии температурного перепада осуществляется лишь за счет теплового излучения. Температурный перепад создается нагревателями блока и печи, в которую помещается блок с образцом. Они обеспечивают режим, при котором скорость нагревания образца сохраняется постоянной при условиях Bi < 0,1.

МОДУЛЬ 4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

27. Теплообмен излучением между твердыми телами, разделенными прозрачной (диатермичной) средой

Контрольныевопросы

1.Перечислите методы исследования процессов лучистого теплообмена. Поясните их основные особенности и отличия.

2.Перечислите допущения, необходимые для исследования теплообмена в системе, состоящей из двух неограниченных твердых тел с плоскопараллельными поверхностями.

3.Укажите основные этапы при выводе выражения для результирующего потока излучения в системе двух плоскопараллельных тел методом многократных отражений.

4.Как определяется результирующий поток излучения в системе двух плоскопараллельных тел методом сальдо?

5.Что называют приведенным коэффициентом поглощения в системе двух плоскопараллельных тел, приведенным коэффициентом излучения? Запишите соответствующие выражения и единицы измерения.

6.Запишите выражение для результирующего лучистого потока в системе двух плоскопараллельных тел?

7.Как определить полный результирующий поток в системе двух плоскопараллельных тел?

8.Как влияет на результирующий поток излучения установка экранов? Какой должна быть степень черноты экранов?

9.Как влияет на результирующий поток излучения в системе двух плоскопараллельных тел местоположение экранов относительно излучающих поверхностей?

10.Во сколько раз снижает тепловой поток в системе двух плоскопараллельных тел установка n экранов, имеющих одинаковую с излучающими поверхностями степень черноты? Как в этом случае определить температуру экранов?

11.Как определяются приведенный коэффициент излучения и приведенный коэффициент поглощения в системе плоскопараллельных тел с экранами?

12.Как определить результирующий поток излучения в системе двух плоскопараллельных тел с экранами?

13.От каких параметров зависит коэффициент излучения твердых тел?

14.Какими методами можно определить коэффициент излучения твер-

дых тел?

МОДУЛЬ 4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Лекция28.

Телособолочкойипроизвольно расположенныетела

Теплообмен излучением между телом и его оболочкой. Теплообмен при наличии экранов для тела с оболочкой. Теплообмен излучением между двумя телами, произвольно расположенными в пространстве. Методы определения угловых коэффициентов излучения. Геометрические свойства лучистых потоков.

Теплообменизлучениеммеждутеломиегооболочкой. Теплообменприналичииэкрановдлятеласоболочкой

Рассмотрим два тела, из которых одно находится в полости другого тела (рис. 28.1). Тело 1 только выпуклое, тело 2 – вогнутое. Для них известны площади поверхностей F1 и F2, поглощательные способности A1 и A2, а также температуры T1 и T2, причем T1 > T2. Уравнение для результирующего теплового потока в этом случае

где 2,1 – средний угловой коэффициент излучения, характеризующий часть энергии эффективного излучения, которое попадает с тела 2 на тело 1.

Рис. 28.1

МОДУЛЬ 4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Лекция 28. Тело с оболочкой и произвольно расположенные тела

тивного излучения рассматриваемых тел выражаются соотношениями:

Согласно уравнению Стефана – Больцмана собственные излучения обоих тел выражаются уравнениями:

Если принять A , то полный результирующий поток

В этой зависимости, кроме полного результирующего потока Q1,2 , неизвестной величиной является средний угловой коэффициент излучения2,1 . Положим временно, что температуры тел одинаковы. Этому условию

МОДУЛЬ 4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Лекция 28. Тело с оболочкой и произвольно расположенные тела

В частном случае (рис. 28.2, а), когда F1 F2 , средний угловой коэффициент излучения 2,1 1. Вся энергия излучения тела 1 попадает на тело 2,

поэтому получаем решение как для системы плоскопараллельных тел.

Если одно тело мало по сравнению с другим (рис. 28.2, б): F1 F2 , то значение среднего углового коэффициента стремится к нулю 2,1 0 , при

этом c2 c0 , тогда cпр c1 .

Наличие экранов в системе тела с оболочкой (рис. 28.3) снижает результирующий тепловой поток. В отличие от случая с плоскими экранами действие сферических и цилиндрических экранов зависит от их расположения относительно излучающего тела, так как в зависимости от этого меняются угловые коэффициенты излучения. Экранирование оказывается наиболее эффективным, когда цилиндрический или сферический экран установлен вблизи тела, имеющего более высокую температуру.

Рис. 28.2

МОДУЛЬ 4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Лекция 28. Тело с оболочкой и произвольно расположенные тела

Рис. 28.3

При наличии одного экрана в случае разных коэффициентов излучения тел для результирующего теплового потока можно записать следующие выражения:

где соответствующие приведенные коэффициенты поглощения: