Лекция 24. Теплообмен излучением

Конденсацией называется процесс перехода вещества вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного состояния в конденсированное (т.е. жидкое или твердое).

Пар конденсируется на поверхности теплообмена в том случае, если ее температура ниже температуры насыщения пара T_s при данном давлении. При конденсации выделяется теплота, которая передается и поверхности, и окружающей среде.

Различают два вида конденсации:

- капельную, когда жидкость не смачивает поверхность, на которой происходит конденсация;

- пленочную, когда жидкость смачивает поверхность конденсации.

На практике пленочная конденсация встречается чаще. При такой конденсации на поверхности образуется сплошная пленка, которая стекает вниз, если поверхность наклонная (рис. 12.8). По мере cтекания кондесата увеличивается толщина слоя пленки и вместе с тем скорость течения. Таким образом, на начальном участке за счет увеличения толщины пленки уменьшается интенсивность теплообмена (α падает). Но по мере турбулизации потока коэффициент теплоотдачи несколько увеличивается.

Рис. 12.8. Изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной стенке

На интенсивность теплообмена при конденсации оказывают влияние следующие факторы.

1. Состояние поверхности стенки. Так, шероховатость стенки увеличивает сопротивление течению жидкости (т. е. толщина пленки растет, а α падает). Наличие окисной пленки на стенке увеличивает термическое сопротивление, уменьшая тем самым теплоотдачу.

2. Содержание в паре неконденсирующихся газов, например, воздуха. Воздух может скапливаться у стенки и препятствовать продвижению к ней пара (т.е. ухудшать конденсацию).

3. Скорость и направление течения пара. При значительных скоростях течения пар оказывает влияние на толщину пленки. Если направление движения пара совпадает с направлением течения жидкости, то толщина пленки может уменьшаться, и наоборот.

4. Компоновка поверхности нагрева. Теплообмен лучше, когда конденсация происходит на трубах, расположенных горизонтально, а не вертикально. Это обусловлено тем, что жидкость, стекая вниз, освобождает большие поверхности для конденсации. Однако это относится к конденсаторам, состоящим из одного ряда труб, или к верхнему ряду труб.

И в заключение заметим, что при очень низких температурах стенки может происходить намерзание сконденсировавшейся жидкости. Слой намерзшего льда увеличивает термическое сопротивление. Это приводит к ухудшению теплообмена.

Лекция 24. Теплообмен излучением.

24.1. Основные определения лучистого теплообмена

Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии в энергию электромагнитных колебаний. Природа электромагнитных волн одна и та же. Но чисто условно (по мере их исследования) все электромагнитные волны в зависимости от их длины (или частоты) делятся на ряд диапазонов. Волны видимого или светового диапазона (длина волны лежит в пределах от 0,4 до 0,8 мкм) и инфракрасные волны (от 0,8 до 80 мкм) принято называть тепловым излучением.

Следует напомнить, что тела способны не только излучать энергию, но и поглощать ее. Если в рассматриваемой системе находятся тела, имеющие различную температуру, то каждое тело испускает и поглощает различное количество энергии. Вследствие этого одни тела нагреваются, другие охлаждаются.

Но если в системе все тела имеют одинаковую температуру, то в системе устанавливается равновесие: все тела по-прежнему излучают и поглощают энергию, но ее количества равны, т.е. расход энергия равен ее поступлению,

Заметим, что твердые тела и жидкости излучают электромагнитные волны во всем диапазоне частот от 0 до ∞, т.е. имеют сплошной спектр излучения. Но основная доля их излучения приходится на тепловое излучение.

Чистые (неокисленные) металлы и газы характеризуются выборочным (селективным) излучением, т.е. излучают волны только определенной длины.

Поверхностной плотностью интегрального излучения Е называется удельный тепловой поток, т. е. количество тепловой энергии, излучаемой с единицы поверхности в единицу времени на всех длинах волн во всех направлениях.

Излучение, соответствующее узкому интервалу длин волн от λ–dλ до λ+dλ, называется монохроматическим.

Рассмотрим излучение Е, падающее на поверхность тела (рис. 13.1). Достигнув поверхности, этот пучок разделяется на три части: одна часть — E_R — отражается от поверхности, другая — Е_A — поглощается телом, а третья — E_D — пропускается через него.

Легко составить уравнение баланса энергии:

E=E_R+E_A+E_D

или

E=RE+AE+ДE. (13.1)

В уравнении (13.1) коэффициенты получили следующие названия:

R — коэффициент отражения, ;

A — коэффициент поглощения, ;

D — коэффициент пропускания, .

Из (13.1) следует, что

R + A + D = 1.

Рис. 24.1. Распределение энергии излучения, падающего на тело

Условно все телa разбиваются на 4 группы. Тела, для которых R=1, называются абсолютно белыми телами, для которых А=1 — абсолютно черными телами, для которых D=1 — абсолютно прозрачными телами. Тела, у которых 0<А<1, называют серыми телами.

Заметим, что в природе все тела серые.

Поверхность может поглощать инфракрасные лучи, но не поглощать световые лучи. При этом она не выглядит черной. Это относится, например, к снегу, который наше зрение воспринимает как белую поверхность, хотя для снега А=0,98.

Абсолютно черное тело можно моделировать с помощью изотермической замкнутой сферической оболочки, имеющей единственное отверстие (рис. 13.2).

Абсолютно черные тела поглощают (а следовательно, и излучают) максимальное количество энергии по сравнению с другими телами при одной и той же температуре. Они могут выступать как эталон, с которым целесообразно сравнивать все другие тела.

В заключение дадим понятие лучистого теплообмена.

Лучистым теплообменом называется процесс взаимного излучения, поглощения, отражения и пропускания энергии всеми телами, находящимися в рассматриваемой системе.

Рис. 24.2. Изотермическая замкнутая полость, моделирующая поведение черного тела

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 627; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!