Различные случаи теплообмена излучением

РАЗЛИЧНЫЕ СЛУЧАИ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ [c.255]

Когда размеры поверхностей во всех направлениях ограничены, аналитические решения задачи в замкнутом виде получены лишь для нескольких частных случаев. Эти решения, как правило, оказываются крайне громоздкими. По ним, однако, можно составить расчетные номограммы для инженерных расчетов. Такие номограммы для теплообмена излучением между различными фигурами, расположенными в параллельных плоскостях, и между двумя взаимно перпендикулярными прямоугольниками с общем стороной приведены на рис. 3.25. [c.255]

На самом деле, Н представляет собой произведение постоянной Стефана — Больцмана и мно.жителя, содержащего коэффициенты теплообмена проволоки и окружающей ее среды (см. (9.10) гл. 1 и [20]). Величина (12.1) представляет собой теоретическую величину для излучения черного тела лучшее приближение в случае нагреваемой проволоки получается при использовании степенного закона того же вида, (г"— Гр), где п — постоянная, определяемая из эксперимента (см. [61, 62]). В последней из приведенных работ рассматривается изменение по степенному закону электрического сопротивления и коэффициента теплообмена проволоки в зависимости от температуры в ней обсуждаются также различные случаи, возникающие на практике, например случаи длинных или коротких нитей накала. Первый интеграл уравнения (12.2), соответствующий (12.4), всегда можно найти, если электрическое сопротивление и коэффициент теплопроводности проволоки изменяются с температурой по степенному закону. [c.154]

В общем случае радиационные свойства поверхностей, образующих замкнутую систему, могут изменяться в зависимости от направления, частоты излучения и координаты, а температура может быть различной в каждой точке поверхности, однако решение такой общей задачи очень сложно. Анализ теплообмена излучением в замкнутой системе можно значительно упростить, если разбить всю внутреннюю поверхность системы на конечное число зон, каждая из которых удовлетворяет следующим условиям [c.171]

Заметим, что формальные соотношения для G(t), q r) и dq t)ld , а также интенсивностей на граничных поверхностях, которые будут получены в настоящем анализе, часто используются при расчетах теплообмена излучением в различных приложениях, которые рассмотрены в гл. 11—14. Поэтому, чтобы иметь готовые соотношения для таких расчетов, мы выведем сначала общие формулы, а затем найдем выражения для 0(т), q x), dq t)ldx и интенсивностей на границах для некоторых частных случаев. — [c.287]

Зачастую количество тепла, передаваемого аэродромным покрытиям конвекцией, соизмеримо с количеством тепла, передаваемого излучением. Интерес представляют случаи совместного действия конвекции и излучения. Получить величину коэффициента теплообмена излучением а , отвечающим различным климатическим условиям, затруднительно, поэтому для случая, когда перенос тепла происходит путем суммарного теплообмена, закон (8.4) можно представить в виде [c.275]

Практический интерес представляют случаи неравновесного излучения, когда температуры тел (участков среды), участвующих в теплообмене, различны. Спектральная поглощательная способность тела — приемника энергии зависит не только от его температуры, но и от распределения энергии по длинам волн (частотам) те.ча —излучателя энергии. Эго обстоятельство значительно усложняет расчет теплообмена излучением. [c.328]

Процесс теплообмена стенки с окружающей средой отличается большой сложностью. В данном случае существует два принципиально различных вида теплообмена соприкосновением и излучением. [c.26]

В результате этих явлений с двойным взаимным превращением энергии (из тепловой в энергию излучения и снова в тепловую) устанавливается процесс теплообмена излучением. Количество отдаваемого или воспринимаемого тепла определяется разностью количеств излучаемой и поглощаемой телом энергии излучения. Для того чтобы эта разность была отлична от нуля, необходимо, чтобы температуры тел, участвующих во взаимном обмене энергией излучения, были различны. При одинаковой температуре тел система находится в тепловом (термодинамическом) равновесии. В этом случае все тела системы также излучают и поглощают энергию, но для каждого тела приход энергии излучения равен ее расходу. [c.69]

Такой контроль бывает необходим в различных случаях, например при сравнении опубликованных данных, полученных в результате независимых измерений и при проведении опытов по определению теплопроводности жидкостей стационарными методами при повышенных температурах, когда роль излучения в процессе теплообмена значительно повышается. [c.157]

Рассматриваемая методика измерений была подвергнута детальному изучению. В частности, проверена воспроизводимость результатов для различных частот и мощностей, сопоставлены данные для коротких и длинных образцов, проведены оценки роли неравномерности нагрева торца, теплообмена излучением и т. п. В табл. 2 (железо, t — 400° С) помещены результаты измерения одного образца, сначала длинного (4 см), затем укороченного вдвое и еще раз вдвое. Можно убедиться в достаточно хорошей сопоставимости данных, полученных во всех вариантах эксперимента. Максимальное отклонение результатов от средних ни в одном случае не превышает 6%, что находится в согласии с оценками точности измерений. [c.124]

Как известно, авторы всех суммарных методов расчета теплообмена в топочных камерах, базирующихся на уравнениях теплообмена излучением и теплового баланса топки, вынуждены составлять дополнительное уравнение, которое бы замыкало указанную систему уравнений. Фактически замыкающее уравнение и определяет основное различие в известных методах расчета теплообмена в топках паровых котлов. В связи с этим представляет интерес сравнение замыкающих уравнений, предложенных различными авторами. Эта задача упрощается, так как большинство составленных в настоящее время замыкающих уравнений являются частными случаями дополнительного уравнения, предложенного Поляком и Шориным [8] [c.88]

В других расчетных случаях чаще возникает ситуация, при которой размерности задач упругости и теплопроводности различаются. Это связано, в первую очередь, с тем, что физическая постановка задач теплопроводности оказывается существенно более сложной, чем упругих задач. Это объясняется более сложными граничными условиями, характеризующими различные способы теплообмена (теплопередачи, конвекции, излучения, теплоизоляции и т. п.), а также тем, что функция диссипативного теплообразования распределена по объему конструкции и приводит к возникновению объемного температурного поля. Следует также отметить объективную необходимость повышения точности решения тепловой задачи, так как неточности в определении температурного поля более существенно отражаются на точности определения ресурса, чем ошибки в расчете напряженно-деформированного состояния. [c.33]

В действительности элементарные виды теплообмена не обособлены и в чистом виде встречаются редко. В большинстве случаев один вид теплообмена сопровождается другим. Например, обмен теплом между твердой поверхностью и жидкостью (или газом) происходит путем теплопроводности и конвекции одновременно и называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. В паровых котлах в процессе переноса тепла от топочных газов к внешней поверхности кипятильных труб одновременно участвуют все три вида теплообмена — теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. От внешней поверхности кипятильных труб к внутренней через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи тепло переносится путем теплопроводности. Наконец, от внутренней поверхности труб к воде тепло переносится путем теплопроводности и конвекции. Следовательно, на отдельных этапах прохождения тепла элементарные виды теплообмена могут находиться в самом различном сочетании. В практических расчетах такие сложные процессы иногда целесообразно рассматривать как одно целое. Так, например, перенос тепла от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называют процессом теплопередачи. В книге рассмотрены основные количественные и качественные закономерности протекания этих как элементарных, так и более сложных процессов. [c.5]

Итак, рассмотренные в настоящей главе уравнения радиационного теплообмена представляют собой наиболее детальное математическое описание поля первичной величины — спектральной интенсивности излучения (s). Однако эти уравнения отличаются большой математической сложностью, и поэтому их непосредственное использование для аналитического решения оказалось возможным лишь для простейших случаев. Помимо своего непосредственного решения приведенные уравнения радиационного теплообмена используются и как исходная база для построения различных приближенных методов исследования и расчета радиационного теплообмена, рассмотрение которых дается ниже. [c.112]

В тех случаях, когда требуется знать температурный ход коэффициента теплопроводности полупроводниковых материалов, а также более точно определить величину измерения проводятся на установке, представленной на рис. 8. Конструкция установки построена на том же принципе, что и прибор для измерения /-a при комнатных температурах, но приведена в соответствие с условиями измерения величины коэффициента теплопроводности в вакууме при различных температурах. В этом случае резко уменьшается методическая ошибка измерения величины /-а за счет исключения тепловых потерь, обусловленных теплопроводностью воздуха и конвективным теплообменом, а потери на излучение при малых перепадах температуры на образце малы и составляют небольшую долю от теплообмена в воздухе. [c.32]

Если в пространстве находятся два тела с различной температурой, то между этими телами происходит лучистый теплообмен. Интенсивность лучистого теплообмена зависит от температуры, излу-чательной способности, размеров, формы п взаимного расположения этих тел. Необходимо помнить, что всех случаях в результате лучистого теплообмена тепло переходит от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, причем теплообмен излучением тем больше, чем выше температура горячего тела и ниже температура более холодного тела. [c.34]

Определение тепловых потерь при движении пара прежде всего связано с теплопередачей от пара в окружающую среду. Всегда стараются обеспечить за счет специальных теплоизоляционных конструкций предельно малые тепловые потери. Во всех случаях имеет место сложный вид теплообмена с различными механизмами передачи теплоты конвективный, кондуктивный и излучением. В зависимости от конкретных условий выявляются те или иные превалирующие виды передачи теплоты, учет которых обеспечивает технически грамотное определение потерь теплоты при движении пара в эксплуатационных условиях. [c.103]

В отдельных конструкциях дымовых труб тепловых электростанций имеются различного рода воздушные зазоры. В этом случае процесс теплообмена представляет собой совокупность процессов теплопроводности, конвективного переноса теплоты и теплового излучения. [c.118]

Среди различных видов переноса тепла (теплопроводностью, конвекцией и излучением), которые в большинстве случаев осуществляются одновременно, конвективный перенос во многих случаях имеет решающее значение. В природе конвекцией тепло переносится в атмосфере земли, в водных пространствах океанов и морей, в процессе теплообмена с окружающей средой людей и животных ИТ. п. В технике конвективный перенос осуществляется при передаче тепла в различных технологических реакторах, в котлах и печах, в различных теплообменных аппаратах, в холодильных устройствах, при отоплении зданий и во многих других случаях. Удельные потоки конвективного переноса тепла —> —> [c.259]

Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излучения, т. е. излучает энергию всех длин волн в интервале от О до оо. К числу твердых тел, имеющих сплошной спектр излучения, относятся непроводники и полупроводники электричества, а также различные металлы в окисленном состоянии. Некоторые тела излучают энергию только в определенных интервалах длин волн, т. е. испускают энергию с прерывистым спектром. К ним относятся чистые металлы и газы, которые характеризуются выборочным или селективным излучением. Излучение различных тел различно. Оно зависит от природы тела, температуры его, состояния поверхности, а для газов — еще от толщины слоя и давления. Большинство встречающихся в природе и технике твердых и жидких тел имеет значительную поглощательную и излуча-тельную способность. Вследствие этого в процессах лучистого теплообмена участвуют лишь тонкие поверхностные слои. Для проводников тепла толщина этих слоев имеет порядок 1 мк, а для непроводников тепла — порядок 1 мм. Поэтому применительно к твердым телам, а также жидкостям тепловое излучение в ряде случаев приближенно можно рассматривать как поверхностное явление. Газообразные тела имеют значительно меньшее излучение, чем твердые и жидкие тела. Поэтому в излучении газов участвуют все его частицы и процесс теплового излучения носит объемный характер. [c.343]

Теплообмен излучением представляет собой такой вид теплообмена, при котором энергия переносится при помощи электромагнитных волн (или фотонов). Тепловое излучение — это излучение, определяемое только температурой тела и его оптическими свойствами. Перенос энергии в этом случае осуществляется световыми и главным образом инфракрасными лучами диапазон длин волн Я световых лучей 0,4—0,8 мкм, инфракрасных— 0,8—800 мкй. Излучение может быть монохроматическим, соответствующим узкому диапазону длин волн вблизи некоторого значения длины волну, которым оно и характеризуется, и интегральным, соответствующим всему спектру длин волн. При излучении с поверхности тел рассматривается обычно полусферическое излучение, которое распространяется по различным направлениям в пределах полусферического телесного угла, равного 2л (телесный угол измеряется отношением площади участка поверхности некоторой сферы, на которой участок вырезан этим углом, к квадрату радиуса сферы). [c.313]

В начале этой главы отмечалось, что теплообмен излучением широко используется в различных областях техники и в особенности в паровых котлах. Однако в некоторых случаях стремятся уменьшить влияние теплообмена из- [c.267]

Как отмечалось ранее, передача энергии на микроуровне (в форме теплоты) только одним из рассмотренных выше способов (теплопроводностью, конвекцией или тепловым излучением) в реальных условиях происходит крайне редко. Обычно теплообмен осуществляется по всем трем механизмам переноса энергии одновременно. Тем не менее, значимость отдельных механизмов энергообмена в различных конкретных случаях различна. Так, при рассмотрении ряда инженерных задач можно не учитывать лучистую энергию по причине ее пренебрежимо малой доли в процессе энергообмена. С другой стороны, при исследовании теплообмена между телами в космическом пространстве можно пренебречь конвективной составляющей. [c.333]

В начале этой главы отмечалось, что теплообмен излучением широко используется в различных областях техники и в особенности в паровых котлах. Однако в некоторых случаях стремятся уменьшить в [ияние теплообмена излучением и прибегают к защите от лучистой энергии. Это имеет место, например, тогда, когда нужно оградить от действия тепловых лучей людей, работающих в цехе, где имеются поверхности с высокой температурой в других случаях нужно оградить от лучистой энергии отдельные части машин и сооружений от действия лучистой энергии защищают термометры, когда хотят измерить температуру какой-либо газовой среды (например, воздуха), так как при поглощении тепловых лучей ртуть в термометре дополнительно нагревается и температура ртути в этом случае не равна измеряемой температуре газа. [c.259]

Одновременно с этим следует отметить, что в матема-тичбок ом отно шенйи интегральные уравнения ipawiHauiHOH-ного теплообмена отличаются существенной сложностью и их приближенные аналитические решения получены лишь для одномерных задач с введением ряда упрощающих допущений (постоянство радиационных характеристик, изотропное рассеяние в объеме и на граничной поверхности, неселективные (серые) среда и поверхность излучающей системы]. В общем же случае система интегральных уравнений теплообмена излучением содержит ряд заранее неизвестных величин (ядра интегральных ураинений, поглощательная и отражательная способность граничной поверхности, средние по спектру коэффициенты поглощения и рассеяния среды). Эти величины являются функционалами температурных полей в объеме и на поверхности и могут быть определены лишь с той или иной степенью приближения. Поэтому методы решения интегральных уравнений теплообмена излучением в общем случае по аналогии с различными дифференциальными методами можно рассматривать как своего рода интегральное приближение. [c.190]

При проведений тепловых расчетов (необходимо знать радиационные свойства поверхностей. В настоящее время составлены каталоги этих свойств для большого количества различных типов материалов и паверхностей. В работах [1—3] содержится обзор имеющихся данных ио радиационным свойствам паверхностей, а также подробно обсуждаются методы расчета теплообмена излучением, Как правило, в тех1ническ их приложениях при решении задач о теплообмене излучением между поверхностями принимается ряд yпpoщaющ иx предположений, а именно 1) отражение поверхности предполагается чисто зеркальным или чисто диффузным 2) собственное излучение поверхности предполагается диффузным 3) спектральная или монохроматичеокая излучательная и отражательная способности не зависят от длины ВОЛны 4) при отражении излучения поляризации не происходит. Хотя эти допущения являются весьма общими, они позволяют в большинстве случаев получить приемлемую точность. [c.330]

Разработаны и более общие мегоды расчета лучистого теплообмена между телами. Например, в случае замкнутой системы, состоящей из /V изотермных диффузно поглощающих и излучающих серых поверхностей, порядок расчета следующий (диффузным называется излучение, испускаемое и распространяющееся с одинаковой интенсивностью по различным направлениям). [c.130]

При больших температурах торможения и больших статических температурах в газовом потоке могут возникать различного рода физико-химические процессы, связанные с ионизацией, химическими реакциями, оплавлением и испарением поверхности обтекаемого тела, с диффузией и излучением. В этих случаях особенно важное значение имеют свойства теплообмена между телом и обтекаюш,им потоком газа или жидкости. Все эти явления имеют большое значение в тонких пограничных слоях. Проблемы теплообмена и нагревания тел, движуш ихся в газе с большими скоростями, в значительной степени являются проблемами теории пограничного слоя. [c.267]

Поиски эффективных путей решения уравнений радиационного теплообмена привели к созданию различных приближенных методов расчета. Все эти методы исходят из рассмотренного в гл. 3 уравнения переноса излучения с соответствующими граничными условиями к нему. Проведя то или иное интегрирование уравнения переноса излучения и граничных условий, можно получить либо дифференциальные, либо интегральные уравнения, описывающие процесс радиационного теплообмена в различных постановках. При этом в результате интегрирования уравнения переноса и граничных условий по телесному углу в получаемых дифференциальных и интегральных уравнениях в качестве неизвестного фигурирует уже не интенсивность излучения, а различные виды объемных и поверхностных плотностей излучения. Одновременно с этим в этих уравнениях появляются различные коэффициенты переноса, зависящие от распределения интенсивности излучения по различным направлениям, которое заранее неизвестно. Поэтому в отношении этих коэффициентов переноса принимаются те или иные допущения, вследствие чего такие расчетные методы и носят название приближений. Точность, с которой можно оценить неизвестные заранее коэффициенты переноса, определяет собой погрешности приближенных методов. Следует, однако, заметить, что в принципе, сочетая уравнения приближенных методов и интегральное выражение для интенсивности излучения (3-26), можно итерационным путем получить решение задачи с любой степенью точности. К тому же, как показывает анализ, неизвестные коэффициенты переноса во многих случаях являются сравнительно слабоизме-няющимися функциями и их можно оценить заранее с приемлемой точностью. Исторически первым был соз- [c.113]

Вначале рассмотрим наиболее простой случай — лучистый теплообмен между селективно-черным газом (например, имеющим две спектральные полосы поглощения) и окружающей его черной стенкой. Совмещенный качествеиный график спектров этого газа и стенки приведен на рис. 17-3. Селективно-черный газ обменивается лучистыми потоками толыда в пределах спектральных полос, обозначенных на рис. 17-3 через e g и e g" (в общем случае число полос излучения газа может быть различным). Вне этих полос стенка обменивается лучистыми потоками сама с собой с результирующим излучением, равным нулю. Поэтому рассматриваемая задача в данном случае сводится к анализу лучистого теплообмена между газом и стенкой в пределах полос излучения (поглощения) газа, [c.301]

Теплообмен излучением играет важную роль в космической технике например, в космических аппаратах сбрасываемое тепло от энергетической установки, электронного оборудования и различных элементов аппарата переносится жидк им теплоносителем к космическим радиаторам, где оно путем теплопроводности передается к поверхности ребер, а затем путем теплового излучения отводится в открытый космос. Поскольку космические радиаторы, по-видимому, относятся к наиболее тяжелым элементам системы терморегулирования космического аппарата, следует выбрать наиболее эффективную геометрию ребер с точки зрения отвода тепла излучением, а также точно определить тепловые характеристики радиатора, чтобы минимизировать его вес. На фиг. 6.1 показаны типичные радиаторы космических ап паратов. В работах [1,2] рассматривается широкий круг связан ных с ними инженерных проблем. Основной механизм теплообмена в космическом радиаторе — совместное действие теплопроводности и излучения в прозрачной среде. Характеристики теплообмена для простых излучающих ребер исследовались до-, статочно широко [3—14]. Для геометрических форм ребра, представленных на фиг. 6.1, в, г, теплообменом излучением между поверхностью ребра и его основанием можно пренебречь, что значительно упрощает анализ. Однако для случаев, представленных на фиг. %Л,а,б,д, этот теплообмен необходимо учитывать, что усложняет проведение расчетов. Оптимизация веса ребра также существенна в других технических приложениях. Эта проблема рассматривалась рядом исследователей, определявших тепловые характеристики развитых излучающих поверхностей. [c.231]

В практических случаях расчета лучистого теплообмена можно пользоваться различными способами. Если надо провести всестороннее исследование лучистого теплообмена с определением падающих и эффективных лучистых потоков, удобно пользоваться уравнениями, составленными на падающее или эффективное излучение. Наиболее удобно использовать разрешающие угловые коэффициенты. Их определяют решением соответствующих детерминантов. Для сокращения расчетов можно пользоваться свойствами взаимности и замыкаемости. Если все коэффициенты Ф/, а найдены в результате решения детерминантов, то свойства взаимности и замыкаемости можно использовать для проверки расчетов. [c.211]

Уравнение переноса и уравнение энергии описывают явления лучистого теплообмена в объеме. Чтобы задача математического описания явлений была вполне олределенной, к этим уравнениям должны быть присоединены условия, определяющие влияние внешней среды на систему. Наиболее просто было бы записать эти условия, задав поля яркостей на границах системы для входящего в нее излучения. Такое решение легко выполнить, когда излучающая система ограничена абсолютно черными стенками с заданной температурой. Когда стенки не абсолютно черные, то, даже при заданной температуре их, излучение внутрь объема зависит от излучения самого объема на стенки. В связи с этим к основным уравнениям излучения должны быть добавлены уравнения, ус- тайавливающие связь между лучистыми потоками различных видов на границах излучающей системы. Чаще всего задают температуры ограничивающей поверхности или величины результирующего теплообмена. В первом случае следует пользоваться уравнением (2-195), а во втором—уравнением (2-194). [c.304]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...