Особенности теплообмена излучением в газовых средах.

Излучение газов имеет свои особенности и законы. Одно- и двухатомные газы являются прозрачными; излучают и поглощают энергию трех- и многоатомные газы (СО₂, Н₂О, SО₂, NH₃ и др.). Спектр излучения и поглощения трех- и многоатомных газов является селективным (избирательным), т. е. эти газы излучают и поглощают в определенных интервалах длин волн, называемых полосами. Так, у углекислого газа имеются три основные полосы: первая полоса в интервале длин волн от λ₁ = 2,36 мкм до λ₂ = 3,02 мкм, вторая полоса от λ₁ = 4,01 мкм до λ₂ = 4,8 мкм и третья полоса от λ₁ = 12,5 мкм до λ₂ = 16,5 мкм. В отличие от твердых тел излучение и поглощение энергии газами происходит не в их поверхностном слое, а во всем объеме.

По мере прохождения лучистого потока через объем многоатомных газов его энергия вследствие поглощения непрерывно уменьшается. Это ослабление зависит от природы газа, его температуры и числа молекул, находящихся на пути луча. Число молекул пропорционально толщине слоя газов 1 и плотности газа (парциальному давлению р_i). Излучение газов существенно отклоняется от излучения по закону Стефана- Больцмана. Однако для технических расчетов условно принимают, что суммарная плотность излучения газов, так же как и излучение твердых тел, пропорциональна четвертой степени их абсолютной температуры

(185)

где ε_г – степень черноты газа, ε_г =f(р_i, l, Т).

Приближенные значения средней длины пути луча могут быть найдены из соотношения

(186)

где V –объем газа; F – площадь поверхности его оболочки. Степень черноты газовых смесей определяется как сумма степеней черноты отдельных компонентов.

Плотность теплового потока, передаваемая излучением газами ограждающей поверхности, можно вычислить по приближенной формуле

(187)

где ε_с.г – приведенная степень черноты,

(188)

где ε _г – степень черноты газов; ε _с – степень черноты ограждающей стенки.

Часто в технических устройствах теплота одновременно передается конвекцией и излучением. Тогда суммарная плотность теплового потока q определяется по уравнению

(189)

где T_г, T_c – абсолютная температура газов и стенки, К; α – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, α = α_к + α_л.

Коэффициент теплоотдачи излучением можно определить по формуле

(190)

где T_mа –среднеарифметическая температура, К; Т_mа = 0,5 (Т_г+ T_c).

Сложный теплообмен. Приведенный коэффициент теплоотдачи.

Процесс передачи теплоты от одной среды (теплоносителя) к другой среде (теплоносителю) через разделяющую их стенку называется теплопередачей и состоит из процессов теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки кхолодному теплоносителю. При установившемся процессе теплопередачи средние температуры горячего и холодного теплоносителей (сред) остаются постоянными вдоль поверхности стенки, а тепловой поток сохраняет неизменное значение (Q = const.).

Расчетная формула стационарного процесса теплопередачи имеет следующий вид:

, (191)

где Q – тепловой поток; k – коэффициент теплопередачи; F – поверхность теплопередачи; = (t_m1 – t_m2) – средний температурный напор (средняя разность температур).

Коэффициент теплопередачи k выражает количество передаваемого количества теплоты в единицу времени через единицу поверхности при температурном напоре равном 1 градусу.

В большинстве случаев при движении теплообменивающих жидкостей вдоль поверхности теплообмена их температуры изменяются. Коэффициент теплопередачи также изменяется по поверхности теплообмена.

Однако во многих случаях можно рассматривать величину коэффициента теплопередачи постоянной по всей поверхности теплообмена, а разность температур между жидкостями принимать средней по поверхности теплообмена.

В этом случае для определения теплового потока имеем

. (192)

Коэффициент теплопередачи имеет очень важное прикладное значение. В зависимости от принятой схемы расчета теплопередачи величина k относится к единице поверхности или длины стенки.