Теплоотдача при вынужденной конвекции

При вынужденной конвекции интенсивность теплообмена зависит от гидродинамических условий обтекания поверхности жидкостью или газом, то есть от числа Рейнольдса( Re). Ламинарный режим (Re<2300) коэффициент теплоотдачи определяется из следующего критериального уравнения при движении жидкости или газа в трубах.

(2.27)

где - критерий Рейнольдса;

v-скорость жидкости или газа, м/с;

d-диаметр трубы, м;

υ-коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Т урбулентный режим (Re>5∙10³). Коэффициент теплоотдачи при турбулентном режиме движения жидкости или газа в трубах определяется из следующего критериального уравнения

(2.28)

В этих уравнениях для критериев Nu, Re, Pr физические свойства жидкости выбираются при средней температуре жидкости tж, а для числа Prст-при температуре стенки tст.

Определив из этих уравнений число Nu, находят коэффициент теплоотдачи по формуле

(2.29)

2.4 Излучение. Закон Стефана-Больцмана.

Тепловое излучение есть результат сложных внутриатомных процессов. Оно определяется тепловым состоянием или температурой тел, которые его испускают. Носителем теплового излучения является поток частиц энергии, называемых фотонами или квантами энергии. Поток фотонов обладает свойствами электромагнитных волн. Все виды электромагнитного излучения, имеют одинаковую природу и различаются лишь длиной волны λ (от 0,05- 10~^s мкм — космического до x_HIi — радиоволнового). Область длин волн от А, = 0,4 мкм до а = = 0,8 мкм соответствует видимому (световому) излучению. Тепловое или инфракрасное излучение характеризуется длинами волн 0,8 ...

800 мкм: Оно представляет наибольший интерес. Процесс распространения инфракрасных и световых лучей называется тепловым излучением или радиацией.

С другой стороны, к видимой области примыкает коротковолновое ультрафиолетовое излучение (λ = 2-10"² ...0,4 мкм). Рентгеновские лучи характеризуются еще меньшей длиной волны (λ = 10~°...-2- 1С "^амкм).

Несмотря на разнообразие свойств излучения, в различных областях длин волн для него могут быть установлены некоторые общие законы. Так, известные из оптики законы распространения, отражения и преломления видимого света остаются справедливыми и для излучения волн любой длины а.

Энергия, излучаемая телом, или поток излучения Ф_е, падая на другие тела, частично ими поглощается, частично отражается и час- тично проходит сквозь их толщу. Отношение потока излучения, погло- щенного телом, Ф_а, к потоку излучения, падающему на тело, Ф_с на- зывается коэффициентом поглощения тела а = Ф_Л/Ф_е; отношение от- раженного Ф_р к падающему — коэффициентом отражения р = Ф_р/Ф_еи отношение пропущенного Ф_т к падающему — коэффициентом про пускания Т = Ф_т/Ф_е.

Если р = 0 и Т = 0, то а = 1, то есть тело полностью поглощает все падающее на него излучение. Такое тело называют абсолютно черным телом или полным излучателем. В природе абсолютно черных тел нет и, следовательно, для физических тел всегда а < 1.

Тела, у которых а == 0, р = 0 и Т= 1, называют прозрачными или диатермичными телами. Прозрачными (проницаемыми) для тепловых лучей являются, в частности, двухатомные газы О₂, N₂ и Н._;.

Тела, у которых а = 0, Т = 0 и р == 1 и процессы отражения от поверхности подчиняются законам геометрической оптики, называют зеркальными, если же отражение диффузное — абсолютно белыми.

Согласно закона Стефана-Больцмана, количество энергии Е_о (Дж), излучаемой абсолютно черным телом, пропорционально четвертой степени абсолютной температуры тела Т:

, (2.30)

где С_о – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный С_о=5,77 Вт/(м^2.К).

Абсолютно черным телом называется такое тело, которое поглощает всю лучистую тепловую энергию. Если часть энергии отражается от тела, то оно называется серым и характеризуется коэффициентом черноты =Е/Ео, т.е. отношением энергии, излучаемым серым телом Е, к энергии излучения абсолютно черного тела Е_о..