Розробити та запроектувати вимірювальний канал для автоматичного контролю витрати води в теплообмінному апараті, страница 13

При русі потоку в горизонтальних трубах можливими режимами руху є однорідний, розшарований, хвильовий та дисперсно-кільцевий.

РОЗДІЛ 6

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА ТЕПЛОВИМ ВИПРОМІННЮВАНЯМ

6.1 Випромінювання нагрітих тіл, випромінювальна, відбивна та пропускна здатність тіл

У природі всі нагріті тіла здатні генерувати променисту енергію широкого діапазону довжини хвиль: від невидимого ультрафіолетового діапазону (з довжиною хвиль менше ніж 0,4 мкм), видимого світлового діапазону (з довжиною хвиль 0,4–0,76 мкм) і невидимого інфрачер-воного діапазону (з довжиною хвиль 0,76–420 мкм), а також рентге-нівських і космічних променів. Причиною виникнення променистої енергії є атомні й молекулярні процеси, що виникають у твердому тілі під впливом температури, його фізичних властивостей та будови. Промениста енергія поширюється в просторі зі швидкістю світла у вигляді електромагнітних хвиль і потоку частинок – квантів і фотонів. Інтенсивність випромінювання та діапазон довжини електромагнітних хвиль залежать від фізичних властивостей випромінюючого тіла і його абсолютної температури [25, 32].

Обмін тепловою енергією в просторі між тілами з різною темпера-турою за допомогою випромінювання називається променистим – радіаційним теплообміном. Перенесення тепла за допомогою променистої енергії відбувається в результаті перетворення внутрішньої енергії нагрітої речовини в енергію випромінювання, поширення випромінювання в просторі та його поглинання іншими речовинами. Промениста енергія або її частина, потрапляючи на поверхню іншого менш нагрітого тіла, повторно трансформується в теплову енергію, результатом такого теплопереносу є підвищення температури холодного тіла.

Характерною рисою променистого теплообміну є те, що обмін теплом між гарячими та холодними тілами відбувається безкон-тактним способом.

Яскравим прикладом дії механізму променистого теплообміну є перенесення тепла від Сонця до Землі, при якому в літній полудень на поверхню Землі на широті м. Харкова потрапляє сонячної енергії близько 1350 Вт/м2. Прикладом промислового застосування процесу, у якому переважає теплопередача випромінюванням, є трубчасті печі в нафтопереробній промисловості, у яких при згорянні нафти або газу в камері згоряння досягається температура більша ніж 1600оС, при цьому основна частина тепла передається до труб переважно променистою енергією – радіацією, а інша частина – конвекцією.

Кількість енергії, що випромінює одиниця поверхні нагрітого тіла в одиницю часу для всього діапазону випромінюваних хвиль, називається випромінювальною здатністю (щільністю потоку), при цьому

 (6.1)

Тіла, що нагріваються в результаті дії променистої енергії, здатні її частково поглинати, відбивати та пропускати через тіло.

Якщо загальна кількість енергії, що попадає на тіло, дорівнює Q, кількість поглиненої енергії дорівнює QA, кількість відбитої енергії дорівнює QR , а кількість пропущеної через тіло енергії дорівнює QD , то можна скласти рівняння теплового балансу

 (6.2)

ARDРозділивши складові рівняння (6.2) на Q, одержимо рівняння теплового балансу, виражене через відносні частинки поглиненої, відбитої та пропущеної тілом теплової енергії, при цьому

(6.3) де А – поглинальна здатність тіла; R – відбивальна здатність; D – пропускна здатність (прозорість) тіла.

Тіло, що повністю поглинає всю падаючу на нього енергію, називається абсолютно чорним, при цьому А=1, R=D=0.

Тіло, що повністю відбиває всю падаючу на нього енергію, називається абсолютно білим (дзеркальним), при цьому R=1, A=D=0.

Тіло, що пропускає всю падаючу на нього енергію, називають абсолютно прозорим (діатермічним), при цьому D=1, A=R=0.

У природі не існує тіл абсолютно чорних, абсолютно білих та абсолютно прозорих, всі тіла в більшій або меншій мірі поглинають, відбивають і пропускають тепло, тому їх називають сірими. Величини A, R, D залежать від фізичних властивостей та фазового стану тіла, стану його поверхні (гладка або шорсткувата), температури, довжини хвиль і спектра енергії, що попадає на нього [19, 25, 32, 36].