Последовательность расчетов конвективного теплообмена в условиях вынужденной конвекции.

Среднее значение коэффициента теплоотдачи при омывании плоской стенки определяется из уравнения подобия:

При ламинарном течении Rе ≤ 4·10⁴

                 

При турбулентном течении Rе > 4·10⁴

                   

В этих формулах в качестве определяющей температуры принята температура жидкости вдали от тела (t ₀ = idem); в качестве определяющего линейного размера – длина пластины по направлению потока. 

При ламинарном течении жидкости в трубах возможны два режима движения: вязкостный и вязкостно-гравитационный. Наличие в жидкости разности температур приводит к возникновению подъемной силы, т. е. к существованию наряду с вынужденной также и свободной конвекции.

Ламинарный режим вынужденной конвекции, при котором влиянием свободной конвекции можно пренебречь, называется вязкостным. Вязкостный режим существует при (GrPr) < < 8·10⁵, средний коэффициент теплоотдачи при этом режиме определяется из уравнения подобия

          

 

Формула действительна при

, t_с=idem и .

Определяющим линейным размером является внутренний диаметр трубы.

Вязкостно-гравитационный режим существует при (GrPr) > >8·10⁵, средний коэффициент теплоотдачи в этом случае определяется из уравнения подобия

         

Формула действительна при 1/d > 50; за определяющий линейный размер принят внутренний диаметр трубы; за определяющую температуру – средняя температура потока.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при развитом турбулентном движении обычно используется формула М. А. Михеева

                  

В качестве определяющего линейного размера здесь принят внутренний диаметр трубы; определяющая температура – средняя температура потока; формула (1.180) действительна при l /d > 50. Если течение жидкости происходит по каналам некруглого сечения, то в качестве определяющего линейного размера принимается эквивалентный диаметр, определяемый по уравнению d_э=4 f / u, где f – площадь поперечного сечения канала (живое сечение); u — полный смоченный периметр канала.

39. Теплообмен излучением. Основные законы.

Количество энергии, излучаемое поверхностью тела во всем интервале длин волн (от λ=О до λ=∞) в единицу времени, называется полным (интегральным) лучистым потоком Q (Вт). Излучение, соответствующее узкому интервалу длин волн, называется монохроматическим. Количество энергии, интегрального излучения с поверхности тела dF в единицу времени, называется лучистым потоком   dQ (Вт). Лучистый поток, исходящий с единицы поверхности излучающего тела по всем направлениям полупространства называется плотностью интегрального излучения E (Вт/м²)

                                                           

Из уравнения (1) следует, что лучистый поток, исходящий со всей поверхности излучающего тела равен

                                                       

Лучистый поток, падающий на тело Q, частично им поглощается Q_A, частично отражается Q_R, частично проходит сквозь тело Q_D

Q = Q_A + Q_R + Q_D.                                    

Тела, которые всю падающую на них лучистую энергию поглощают, Q_A=Q и А=l (R=D=01), называются абсолютно черными. Тело, которое всю падающую на него лучистую энергию отражает, Q_R=Q; R=1 (А=D =О), называют абсолютно белым или зеркальным. Тело, которое всю падающую на него лучистую энергию пропускает, Q_D=Q; D=1 (А=R=О), называют абсолютно прозрачным. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует.

1. Закон Планка устанавливает зависимость интенсивности излучения

абсолютно черного тела E _0λ от длины волны λ и абсолютной температуры

                     

где с₁ = 3,7·10^-16 (Вт·м²) - постоянная; с₂ = 0,0144 (м·К) - постоянная; е – основание натурального логарифма.

2. Закон смещения Вина гласит – длина волны, которой соответствует максимальное значение интенсивности излучения (E _0λ =max), обратно пропорциональна абсолютной температуре

                                        

3. 3акон Стефана - Больцмана формулируется следующим образом: плотность суммарного излучения абсолютно черного тела прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени

                               

где σ₀, c₀ – коэффициенты пропорциональности (постоянные излучения);   σ₀ = 5,67·10^-8 Вт/(м² ·K⁴); c₀ = 5,67 Вт/(м² ·K⁴).

  4. 3акон Кирхгофа формулируется так: отношение  плотности полусферического интегрального излучения к поглощательной способности одинаково для всех тел имеющих одинаковую температуру т. е.

Е₁/А₁= Е₂/А₂=…=Е _n /А _n =Е₀ = f (T ) и закон Ламберта.