Определение коэффициента теплоотдачи.

Для определения коэффициента теплоотдачи берут число Нуссельта (критерий) в которое входит коэффициент теплоотдачи. Остальные критерии, выполняют роль аргументов этой функции и выбираются в зависимости от характера движения жидкости. Составленная таким образом функция называется критериальным уравнением. При вынужденном движении жидкости, согласно теории подобия, применяются следующие критериальные уравнения:

Nu`=f(Re,Pr)

где - коэффициент температуропроводности.

Так как для газов число Прандтля Pr=const, то

Nu`=f(Re).

При естественной конвекции применяется критериальное уравнение:

Nu`=f(Gr;Pr)

- естественная конвекция.

Теплоотдача при вынужденной конвекции.

При вынужденной конвекции коэффициент теплоотдачи зависит от следующего условия: характера движения жидкости или газа. С возрастанием числа Рейнольдса увеличивается турбулентность, а значит возрастает теплообмен и коэффициент α. При турбулентном движении жидкости в гладких трубах при Re> , применяется импереческое уравнение для вычисления числа Нуссельта:

Nu=0.021· · ·A

Справедливо, если число Рейнольдса Re< . Здесь коэффициент А определяют исходя из природы жидкости или газа и используют формулу:

,

Где Prж - число Прандтля для жидкости.

Prст - число Прандтля для стенки.

Для газов А=1.

Коэффициент А учитывает направление теплового потока. При нагревании α получается больше, при охлаждении – меньше.

При l/d>50,

где l- длина трубы

d - диаметр трубы.

Значение α получаются средним для всей длины трубы.

Теплообмен при свободной конвекции.

Теплообмен при свободном движении наблюдается вдоль нагретой стенки и происходит вследствие разности температур. Характер движения потока при свободной конвекции изменяется от ламинарного до турбулентного, и одновременно с этим изменяется и коэффициент теплоотдачи α.

;

С,n- Коэффициенты, которые определяют из справочников в зависимости от величины аргументов (Gr;Pr)

λ- коэффициент теплопроводности.

l- определяющий размер за который принимается высота стенки или длина вертикальной трубы.

В случае горизонтальной трубы за определяющий размер определяется диаметр d.

Лучистый теплообмен.

Тепловое излучение – есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны λ и частотой колебаний:

ν=с/λ,

с- скорость света. (В вакууме м/с)

Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицей поверхности тела по всем направлениям называется поверхностной плотности потока интегрального излучения E.

Часть энергии излучения Eпад, падающего на тело поглощается Eа, часть отражается Er и частично проникает сквозь него E∆.

Eа+ Er+ E∆= Eпад.

Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:

A+R+D=1,

Где А- коэффициент поглощения.

R- коэффициент отражения.

D- коэффициент пропускания.

Тело, поглощающее все падающие на него излучения, называется абсолютно черным, для него А=1.

Тела для которых А<1 и зависит от длины волны падающего излучения называется серыми. Для абсолютно белого тела R=1,для прозрачного D=1.

Как абсолютно черного тела так и абсолютно белого тела не существуют, тепловые лучи поглощаются телом и преобразуются в энергию движения атомов и молекул, что вызывает повышение температуры тела. Интенсивность излучения возрастает с повышением температуры излучающих тел.

Твердые тела и жидкостные тела излучают электромагнитные волны основного спектра (0;∞). Нагретые газы излучают только в определенном интервале длины волн. Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел, называется лучистым теплообменом.

Поверхностная плотность потока интегрального излучения абсолютно черного тела, в зависимости от его температуры, описывается законом Стефана-Больцмана.

 

, где

σ0=5,67 - постоянная Стефана- Больцмана.

Для технических расчетов закон Стефана- Больцмана записывают в виде:

,где

С0= σ0· =5,67 - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Тела, с которыми мы встречаемся на практике излучают меньше тепловой энергии, чем абсолютно черное тело при той же температуре.

Отношение поверхностной плотности потока собственного интегрального излучения E к поверхностной плотности потока интегрального излучения E0 абсолютно черного тела при той же температуре называется степенью черноты тела.

Степень черноты () меняется для различных тел от 0 до 1, в зависимости от материала, состояния поверхности и температуры (справочная величина).