6.3 Пленочное кипение в большом объеме

Коэффициент теплоотдачи определяется из формулы

(6.10)

где

Значения С и n определяются следующим образом:

для вертикальной поверхности

n=1/3;

определяющая температура t_s;

для горизонтальной плоской поверхности

С=0,672, п=0,25, если Ra_l < 10⁷, и

С=0,012, п=0,5, если Ra_l > 10⁷;

определяющая температура

для боковой поверхности горизонтальной круглой трубы с наружным диаметром d

С=0,59+0,069l/d; n=0,25;

определяющая температура .

6.4 Методика решения задач

• Определить вид кипения (пузырьковое или пленочное);

• Для пузырькового кипения в большом объеме:

- Если задана тепловая нагрузка - определить критерий Рейнольдса и по его значению выбрать соответствующее критериальное уравнение теплоотдачи;

- Если задан температурный напор, то критериальное уравнение выбирается по величине (B_s·Δt·Pr_s );

• Для пленочного кипения в большом объеме:

- В зависимости от расположения поверхности в пространстве (вертикальное или горизонтальное) определить коэффициенты С и n.

7 Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой

7.1 Основные понятия и расчетные формулы

Поверхностная плотность потока собственного излучения тела, Вт/м², имеющего абсолютную температуру Т, К,

(7.1)

здесь ε — интегральный коэффициент теплового излучения — отношение плотностей потока излучения Е реального тела и абсолютно черного тела Е₀ или отношение коэффициентов излучения реального тела с и абсолютно черного тела с₀=5,67 Вт/(м²∙К⁴). Тогда для реального тела

с=εс₀. (7.2)

Значение с изменяется от 0 до 5,67, а ε изменяется от 0 до 1. Пренебрегая зависимостью ε от температуры, можно выбирать значения ε из таблиц приложения.

Тепловой поток излучения Q_1,2, Вт, между двумя телами, имеющими температуры Т₁ и Т₂ (T₁>T₂), определяется в общем виде по формуле

(7.3)

где ε_пр — приведенный коэффициент теплового излучения системы двух тел; ε_прc₀=c_пр - приведенный коэффициент излучения системы двух тел; F₁ - площадь поверхности тела с температурой Т₁, - средний угловой коэффициент излучения тела с температурой Т₁.

Средний угловой коэффициент излучения (коэффициент облученности) есть безразмерное число, меньшее единицы, которое показывает, какая доля от всего теплового потока Q₁, излучаемого одним телом со всей своей поверхности во все стороны пространства, достигает поверхности другого тела, то есть =Q_1,2/Q₁, где Q_1,2 - поток от первого тела, достигший поверхности второго тела. Излучаемые потоки предполагаются диффузными, и значения потоков не меняются по соответствующим поверхностям.

Свойство взаимности угловых коэффициентов:

(7.4)

где , - средние угловые коэффициенты излучения первого и второго тел;

F₁, F₂ - площади поверхности первого и второго тел.

Угловые коэффициенты излучения определяются в зависимости от геометрических параметров и способа размещения двух тел в пространстве:

1) два параллельных диска с центрами на общей нормали и одинаковыми диаметрами d (рис. 7.1):

(7.5)

где h - расстояние между дисками;

2) два параллельных диска с центрами на общей нормали, но разными диаметрами, d₁<d₂:

(7.6)

3) две параллельные пластины одинаковой ширины а (рис. 7.2):

(7.7)

где h - расстояние между поверхностями пластин;

4) стенка с расположенным на ней рядом труб с наружным диаметром d, и шагом s (рис. 7.3):

(7.8)

- условие взаимности угловых коэффициентов излучения за 1 м длины трубы.

Приведенный коэффициент теплового излучения ε_пр системы двух тел определяется с помощью коэффициента теплового излучения ε₁ первого и ε₂ второго тел, расположенных следующими способами:

1) два тела, произвольно расположенных в пространстве (общий случай):

(7.9)

2) два тела с параллельными поверхностями больших размеров, угловые коэффициенты = = 1, и формула (7.9) принимает вид

(7.10)

3) тело с площадью поверхности F₁ находится внутри другого тела с площадью поверхности F₂. Угловые коэффициенты = 1, <1.

С учетом (7.4) формула (7.9) принимает вид

(7.11)

При F₂>F₁ имеем F₁/F₂→0, тогда ε_пр=ε₁;

4) при наличии п плоских экранов, расположенных между двумя телами с параллельными поверхностями больших размеров,

(7.12)

где ε_эi – коэффициент теплового излучения i -го экрана;

5) при наличии n цилиндрических экранов, расположенных между телом и внешней оболочкой,

(7.13)

где ε₁, ε₂, ε_эi — коэффициенты теплового излучения соответственно тела, внешней оболочки и i-го экрана; F₁, F₂, F_эi — площади поверхностей соответственно тела, внешней оболочки и i-го экрана.

Закон Вина:

(7.14)

где T— температура тела, К; λ_т — длина волны, соответствующая максимуму спектральной интенсивности излучения, м.

Закон Кирхгофа:

(7.15)

где Е, Е₀ — плотности потоков собственного излучения реального и абсолютно черного тел в условиях теплового равновесия; А — коэффициент поглощения реального тела.

Для серого тела в условиях теплового равновесия интегральные характеристики А = ε.

Эффективное E_эф и результирующее Е_рез излучения тела определяются соотношениями

(7.16)

(7.17)

где Е — собственное излучение тела;

R, А - коэффициенты отражения и поглощения тела;

Е_пад — плотность падающего извне теплового излучения на тело.

Лучисто-конвективный теплообмен между двумя телами с температурами Т₁и Т₂ (Т₁>Т₂):

1) тепловой поток Q_л.к, Вт, и его плотность q_л.к, Вт/м²,

(7.18)

(7.19)

или

(7.20)

где α_к — коэффициент конвективной теплоотдачи, определенный без учета влияния лучистого теплообмена (рассчитывается по формулам для свободного или вынужденного движения среды);

α_л.к - коэффициент лучисто-конвективной теплоотдачи α_л.к =α_л.+α_к;

2) условный коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²∙К⁾,

(7.21)