Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 55

За счет теплоотдачи от парогазовой смеси (составляющие I, II, III) к поверхности жидкости передается тепло qпов, Вт/м2, которая расходуется на испарение жидкости  – составляющая I, и передается конвекцией и теплопроводностью в жидкую фазу – составляющие II и III (доля qж). Тогда:

           .

Теплота qж передается жидкости и отводится от поверхности раздела фаз, изменяет температуру жидкости от  до , частично теряется через стенки канала. Тогда:

                                     ,

где   qт – тепловые потери.

Если , то знак qж меняется, происходит приток тепла из жидкости к поверхности испарения.

Таким образом, можно использовать уравнение:

                        ,

где   знак «+» – при ;

        знак «–» – при .

10. Теплообмен излучением

10.1. Характеристика процесса теплового излучения

Носителями лучистой энергии являются электромагнитные волны с длиной волны от малых долей микрона до многих километров.

Длина волны

Виды излучения

0,05·10–6 мкм

космическое

(0,5 ¸ 1,0)·10–6 мкм

g-излучение

10–6 ¸ 20·10–3 мкм

рентгеновское

20·10–3 ¸ 0,4 мкм

ультрафиолетовое

0,4 ¸ 0,8 мкм

видимое

0,8 мкм ¸ 0,8 мм

тепловое (инфракрасное)

0,2 мм ¸ x км

радиоволны

С квантовой точки зрения лучистый поток представляет собой поток частиц – фотонов, энергия которых , где  Дж·с – постоянная Планка, n – частота колебаний. Длина волны l связана с частотой соотношением , где c – скорость распространения колебаний (в вакууме  км/с).

Фотон – это частица материи, обладающая энергией, количеством движения и электромагнитной массой.

Для теплоэнергетики наибольший интерес представляют те лучи, возникновение которых определяется температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи: световые с длиной волны 0,4 ¸ 0,8 мкм и тепловые – 0,8 ¸ 800 мкм.

Каждое тело излучает энергию, которая, попадая на другое тело, частью отражается, частью поглощается, частью пропускается. Та часть энергии, которая отражается, попадая на другие тела, также претерпевает подобные превращения. С пропускаемой энергией происходит то же самое. В конечном итоге каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает лучистую энергию. Между телами излучаемая энергия полностью распределяется.

При одинаковой температуре этих тел вся система находится в термодинамическом равновесии, а для каждого тела приход энергии равен ее расходу.

10.1.1. Виды лучистых потоков

Суммарное излучение через произвольную поверхность F в единицу времени называется потоком излучения Q, Вт.

Лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью потока излучения E, Вт/м2:

                                                              .

Если на тело падает энергия Q0, то часть QA поглощается, часть QR отражается, часть QD проходит сквозь тело, т.е.

                                                     ,

                                     , или ,

где   A – поглощательная способность;

        R – отражательная способность;

        D – пропускательная способность.

Рис. 42. Распад лучистой энергии

Если , то  – тело абсолютно черное.

Если , то  – тело зеркальное или абсолютно белое.

Если , то  – тело абсолютно прозрачное.

Твердые тела и некоторые жидкости (вода, спирты) для тепловых лучей непрозрачны, т. е. , а . Кварц ( мкм) для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых прозрачен. Оконное стекло прозрачно для световых, но непрозрачно для ультрафиолетовых. Белая по цвету поверхность хорошо отражает лишь световые лучи. Тепловые лучи белая поверхность (ткань, краска) тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная.

Модель абсолютно черного тела – это полое тело шарообразной формы.