Теплообменные аппараты

Количество теплоты, теряемое водой при испарении, определяемом, например, по формуле Б.Д.Зайкова, с использованием выражения (3.22) можно оценить следующим образом:

Qи = 4,1 (1 + 0,72w2)(e0 - e2), (3.23)

где w2 -- скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью воды, e0 -- давление насыщенного водяного пара в воздухе при температуре испаряющей поверхности, e2 -- парциальное давление водяного пара на высоте 2 м.

2. Количественная оценка теплообмена при замерзании воды. Количество теплоты, выделяемой объемом воды с единичной площадью поверхности в окружающую среду при ее замерзании или приобретаемой из окружающей среды при обратном процессе, т. е. плавлении льда и снега, определяется по формуле

Qкр = Lкрrh, (3.24)

где Qкр в Вт/м2; Lкр -- удельная теплота кристаллизации воды (удельная теплота плавления льда -- Lпл);r -- плотность воды; h -- слой кристаллизующейся воды в единицу времени, м/ч.



2.3 Количественная оценка теплопередачи

Для удельного теплового потока от воды к воздуху (передача теплоты) с учетом коэффициента теплопередачи K примет вид

q = K (tв - q), (3.25)

тогда общий поток через поверхность F

Q = KF (tв - q), (3.26)

Разность значений температуры tв?q в этой формуле называют температурным напором.

Из формулы (3.26) следует, что если необходимо увеличить теплоотдачу Q, то нужно уменьшить термическое сопротивление стенки и, наоборот, для уменьшения теплоотдачи -- увеличить его.

2.4 Дифференциальное уравнение теплопроводности

Рассмотренные выше основные закономерности тепловых процессов, протекающих в природе, описывают стационарные температурные поля. Однако часто приходится сталкиваться с нестационарными температурными полями, т. е. с такими полями, значения температуры которых меняются в каждой точке во времени.

Для них закон Фурье и другие, справедливы, если рассматривать их в каждый момент времени. Тепловой процесс, протекающий во времени, можно описать дифференциальным уравнением. Такое уравнение получил Фурье.

В основе этого уравнения лежит закон сохранения энергии, который в рассматриваемом случае может быть сформулирован следующим образом: количество теплоты, введенное в элементарный объем извне за время dt вследствие теплопроводности равно изменению внутренней энергии вещества, содержащегося в этом объеме. Ниже приведем вывод этого уравнения.

Рис. 3.4. Схема к выводу дифференциального уравнения теплопроводности [8]

Выделим в однородном и изотропном твердом теле (в системе декартовых координат x, y, z)элементарный параллелепипед с гранями dx, dy, dz (рис. 3.4) и рассмотрим баланс теплоты для этого объема. В пределах выделенного объема температура меняется в трех направлениях, соответственно по осям x, y, z.Следовательно, через три грани рассматриваемого параллелепипеда в направлении трех осей будет входить количество теплоты, равное Q1, Q3, Q5 и, соответственно, через три противоположные грани будет выходить количество теплоты, равное Q2, Q4, Q6.

Если количество теплоты, входящее в выделенный элементарный объем, не равно выходящему из него, то произойдет изменение энтальпии этого объема, которое обозначим через Q7.

Составим уравнение теплового баланса для выделенного объема вещества:

Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = Q7. (3.27)

Определим составляющие этого уравнения. Согласно формуле (3.10), имеем:

(3.28)

Согласно формуле (3.1),

(3.29)

В уравнениях (3.28) и (3.29) qx, qy, qz -- удельные тепловые потоки через грани соответственно в направлении осей х, у, z; qx/х, qy/у, qz/z -- изменение удельных тепловых потоков внутри выделенного объема по осям х, у, z; t/? -- изменение температуры этого объема за время d?.

Решая совместно уравнения (3.27) - (3.29), одновременно проводя деление каждого слагаемого на dx, dy, dz, d? и на с?, получаем



(3.30)

Выразим удельные тепловые потоки в уравнении (3.30) согласно закону Фурье (3.9). Тогда

(3.31)

t/? = a (2t/x2 + 2t/y2 + 2t/z2), (3.32)

где a = ? / (c?)--коэффициент температуропроводности.

Уравнение (3.32) носит название дифференциального уравнения теплопроводности в декартовых координатах.

Обозначив

2t/x2 + 2t/y2 + 2t/z2 = ? 2t, (3.33)

где -- оператор Лапласа, получим более короткую запись уравнения теплопроводности:

t/? = a ? 2t. (3.34)

Уравнение (3.32) описывает нестационарное пространственное температурное поле. Для нестационарного двухмерного температурного поля оно имеет вид



t/? = a (2t/x2 + 2t/y2), (3.35)

а для нестационарного одномерного

t/? = a 2t/x2. (3.36)

Если наблюдается температурное поле с неменяющейся температурой по времени, т. е. ¶t/¶? = 0, то дифференциальное уравнение теплопроводности (3.32) принимает вид уравнения Лапласа:

2t/x2 + 2t/y2 + 2t/z2 = 0. (3.37)

Соответственно для двухмерного температурного поля

2t/x2 + 2t/y2= 0, (3.38)

для одномерного

2t/x2 = 0. (3.39)

Температурные поля, описываемые уравнениями (3.37) - (3.39), носят название стационарных полей. Из этих уравнений следует, что температурные поля тел при стационарном режиме не зависят от коэффициента температуропроводности a и, следовательно, от коэффициента теплопроводности ?.



2.5 Дифференциальное уравнение теплопроводности с источником теплоты

При выводе уравнения теплопроводности (3.32) предполагалось отсутствие внутренних источников или стоков теплоты. Однако есть среды, внутри которых могут протекать те или иные процессы с выделением (источник) или поглощением (сток) теплоты. К таким средам, относятся вода, лед, снег, пар, а также металлы, бетон, химические и другие вещества. Процесс испарения воды, таяния льда и снега сопровождается поглощением теплоты, а обратный ему процесс -- замерзание воды -- выделением теплоты. При этом теплота источника или стока может зависеть не только от координат тела, но и от его температуры и ее распределения в теле.

При наличии источника или стока уравнение теплового баланса (3.27) должно быть дополнено еще одним членом, учитывающим их теплоту, а именно:

Q8 = W dxdydzd?, (3.40)

где Q8 -- количество теплоты, выделенное или поглощенное средой в объеме xyz за время d?; W --интенсивность источника или стока.

С учетом дополнительного члена (3.40) уравнение теплопроводности (3.32) запишем в следующем виде:

(3.41)

(3.42)



В том случае, когда в среде имеют место поглотители (сток) тепловой энергии, перед вторым слагаемым правой части уравнения следует ставить знак минус.



3. Условия однозначности

Полученное выше дифференциальное уравнение теплопроводности описывает явление передачи теплоты в самом общем виде. Чтобы решить с помощью этого уравнения конкретную задачу, отличающуюся какими-либо условиями от сотни других задач, необходимо сформулировать для нее еще и так называемые условия однозначности - совокупность всех условий, которыми задача однозначно определяется (само уравнение теплопроводности или теплового баланса в них не входит).

Условия однозначности состоят:

1) из геометрических условий, характеризующих форму и размеры тела или системы тел, в которых протекает тепловой процесс;

2) из физических условий, характеризующих физические свойства рассматриваемой среды и тела;

3) из временных условий, характеризующих распределение температуры в рассматриваемой среде или теле в начальный момент времени. По этой причине эти условия называют еще и начальными условиями;

4) из граничных условий, характеризующих взаимодействие рассматриваемого тела с окружающей его средой.

Совокупность последних двух условий (начальных и граничных) называется краевыми условиями, так как первые находятся на начальном «краю» времени, а вторые - на геометрических «краях» тела.

Начальные условия заключаются в задании распределения поля значений температуры в начальный момент времени (?=0), т.е. предшествующий расчетному. Они должны быть заданы в виде функций:

1) t? = 0 = f1 (x, у, z) - для пространственной задачи,

2) t? = 0 = f2 (x, у) - для плоской задачи,

3) t? = 0 = f3 (x) - для линейной задачи.

В большинстве случаев эти условия могут быть заданы с достаточной определенностью в виде конкретной функции, таблицы или в форме графика (например, распределение температуры по толщине слоя воды).

Граничные условия - тепловые условия у поверхности тела, которые задаются в более сложном виде. При решении задач теплопроводности принято различать четыре наиболее часто встречающихся способа задания граничных условий, так называемые граничные условия первого, второго, третьего, четвертого и пятого рода.

1. Граничные условия первого рода заключаются в том, что задается температура во всех точках поверхности тела в течение времени ?:

tп = f4 (X, Y, Z, ?), (3.43)

где X, Y, Z -- координаты поверхности.

2. Если количество теплоты, поступающей извне в тело, известно (или задано), то такое граничное условие называют граничным условием второго рода и оно заключается в том, что задается удельный тепловой поток по закону Фурье через поверхность тела в течение времени ?:

qп = - ? t/n. (3.44)

Как и в предыдущем случае, эта функция может быть произвольной и непрерывной:

qп = f5 (X, Y, Z, ?). (3.45)

3. Граничные условия третьего рода заключаются в задании температуры поверхности тела и окружающей его среды и задании теплообмена (коэффициента теплопередачи) между поверхностью этого тела и окружающей средой по закону Ньютона. Таким образом, количество теплоты, отдаваемое (или получаемое) единицей поверхности с температурой tп за единицу времени в окружающую среду с температурой tс, прямо пропорционально разности температуры поверхности и окружающей среды:

qп = a (tп - tс). (3.46)

Количество теплоты, отдаваемое (или получаемое) поверхностью в окружающую среду и определяемое по формуле (3.46), должно быть равно количеству теплоты, подводимому к этой поверхности за счет теплопроводности, которое определяется по закону Фурье (3.44). Приравняв эти потоки, получим новое выражение для задания граничных условий третьего рода:

(3.47)

где -- градиент температуры у поверхности и по нормали к ней.

В условии (3.47) должны быть заданы коэффициент теплоотдачи a и температура окружающей тело среды tс.

4. Граничные условия четвертого рода заключаются в том, что задается равенство температуры на поверхности раздела двух тел или тела с окружающей средой при подходе к ней с двух сторон, а также удельных тепловых потоков по закону Фурье в предположении, что между этими телами осуществляется идеальный контакт.

5. При наличии на поверхности тела слоя, имеющего очень высокую теплопроводность, например, слоя ветрового перемешивания в водохранилище, и заданного количества теплоты, поступающего в слой извне, имеем граничное условие пятого рода.

Практически важным является граничное условие четвертого рода при наличии на границе источника (стока) теплоты, возникающего от изменения агрегатного состояния, например, при промерзании грунта.

Возможны и некоторые другие граничные условия; так, часто встречается совмещение граничных условий второго и третьего родов, которое производится путем замены действительной температуры окружающей среды эквивалентным значением.



4. Методы решения задач

Для решения задачи о распределении температуры в пределах заданного поля и в расчетный период времени с помощью полученных выше уравнений помимо краевых условий необходимо располагать методом решения этих уравнений.

За 175 лет со времени выхода в свет «Аналитической теории тепла» -- классической работы Фурье, теория теплообмена обогатилась рядом таких методов. Первый из них был предложен самим Фурье и известен как «решения в рядах Фурье».

Все эти методы могут быть распределены по следующим группам: аналитические, конечных разностей (графический, численный), исследования температурных полей на моделях (физический), аналоговых и счетных машин.

К настоящему времени наиболее разработаны методы решения уравнения теплопроводности для одномерных задач, как раз тех задач, с которыми преимущественно имеют дело гидрологи и гидротехники.

Аналитические методы решения уравнения теплопроводности состоят в том, что, пользуясь полной математической формулировкой задачи, находят ее аналитическое решение. При этом следует искать уже готовое решение, а не новое. Для этого необходимо обратиться, прежде всего, к монографиям Г. Карслоу и Д. Егер, А.В. Лыкова и др., в которых приведен набор решений различных задач. При отсутствии готового решения целесообразно попытаться найти его в виде суммы (комбинации) имеющихся решений, пользуясь известным принципом суперпозиции. Достоинством этих методов является точность решений; она зависит лишь от точности закладываемых исходных данных и точности производимых вычислений. При решении задачи возможно использование ЭВМ. Температура рассчитывается для любой точки тела и для любого момента времени независимо от расчетов за предшествующие интервалы времени. Недостатком является ограниченность круга задач, для которых могут быть получены решения.

Метод конечных разностей состоит в том, что в дифференциальном уравнении теплопроводности, которое следует решить, все бесконечно малые разности (дифференциалы) заменяются конечными, но малыми разностными величинами. Следовательно, истинное непрерывное в пространстве распределение температуры и непрерывный во времени ход температуры заменяется приближенными прерывистыми значениями, осредняющими температуру конечных малых участков тела ?x, ?y, ?z и малых промежутков времени ??. Достоинством метода является возможность решить весьма сложные задачи, в том числе для тел сложной формы. Метод позволяет использование ЭВМ. К недостаткам метода относятся: отсутствие общего решения задачи; необходимость производства вычислений для всего тела и для всего периода, предшествующего моменту времени, для которого производится вычисление температуры; трудоемкость метода. Метод исследования температурных полей на моделях (физическое моделирование) является экспериментальным методом решения теплотехнических задач. Он опирается на теорию подобия и применяется в тех случаях, когда аналитические и другие методы не могут дать ответ. Суть метода состоит в том, что исследование процессов и явлений, протекающих в изучаемом объекте, заменяется исследованием их протекания на его модели. Данные, полученные на модели, позволяют судить о тех же процессах и явлениях, протекающих на объекте. Существенным достоинством данного метода является возможность решения сложных задач и исследования недоступных объектов. Метод аналоговых и счетных машин (метод аналогий) состоит в том, что решение тепловой задачи заменяют уже имеющимся решением задачи другой физической сущности, в которой уравнения и краевые условия совпадают с первой задачей, хотя размерности у них различны (метод ЭТА).



4.1 Определение коэффициента теплопроводности

Коэффициент теплопроводности, характеризующий способность вещества проводить теплоту, может быть определен по формуле (3.10), в конечных разностях имеющей вид

? = Q/(F ?t/?n). (3.48)

Из формулы (3.48) следует, что коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу изотермической поверхности при единичном градиенте температуры. Он определяется экспериментальным путем. В настоящее время разработаны методы определения коэффициента ? как при нестационарном, так и при стационарном тепловом режиме.

4.2 Определение коэффициента температуропроводности методом регулярного режима

В п. 3.12 отмечалось, что методы определения термических характеристик делятся на стационарные и нестационарные. Метод регулярного режима относится к нестационарным.

Понятие регулярного режима было введено Г. М. Кондратьевым при изучении теплообмена тел в среде с постоянной температурой. Установлено, что процесс охлаждения однородного и изотропного тела различной геометрической формы можно разделить на три стадии (рис. 3.5). Первая стадия режима охлаждения -- неупорядоченная стадия (скорость измерения температуры внутри тела зависит от вида начального распределения температуры). Вторая стадия (регулярный режим) -- процесс охлаждения -- определяется условиями на границе тела и окружающей его среды, физическими свойствами тела, его геометрической формой и размерами. На третьей стадии (стационарный режим) температура во всех точках тела равна температуре окружающей среды.

Процесс охлаждения тела при регулярном режиме может быть описан формулой

(3.49)

где -- так называемая избыточная температура, равная разности между температурой тела t и температурой окружающей среды tc; C -- постоянный коэффициент, определяемый начальными условиями;m -- темп изменения температуры в данной точке тела; ? -- время.

Из формулы (3.49) видим, что температура тела убывает во времени по экспоненциальному закону.

Продифференцируем выражение (3.49) по времени, получим

(3.50)

Рис. 3.5. График определения темпа охлаждения тела [8]



I, II, III -- стадии охлаждения тела.

Решив совместно (3.50) и (3.49), найдем

(3.51) или, разделив переменные,

(3.52)

Интегрирование уравнения (3.52) дает выражение для нахождения темпа охлаждения (нагревания)

(3.53)

При наступлении регулярного режима темп охлаждения не зависит ни от координат, ни от времени и является величиной постоянной для всех точек тела. Установлено также, что если коэффициент теплоотдачиa > ?, то имеет место соотношение

a = ki m, (3.54)

где a -- коэффициент температуропроводности; ki -- коэффициент пропорциональности (коэффициент формы), определяемый формой и геометрическими размерами тела. Этот коэффициент для различной формы тел можно рассчитать по формулам. Например: для шара

k1 = 1/(?/R)2, (3.55)

для цилиндра конечной длины

k2 = 1/[(2,405/R)2 + (?/l)2], (3.56)



для параллелепипеда

k3 = 1/[(?/l1)2 + (?/l2)2 + (?/l3)2], (3.57)

где R -- радиус шара или цилиндра; l -- длина цилиндра; l1, l2, l3 -- длина сторон параллелепипеда.

Решив совместно уравнения (3.54) и (3.53), найдем

(3.58)

Таким образом, чтобы определить коэффициент температуропроводности изучаемого тела a, необходимо в эксперименте найти два значения избыточной температуры и , относящиеся соответственно к моментам времени ?1 и ?2.

Схема экспериментальной установки для определения коэффициента температуропроводности приведена на рис.3.6. Она состоит из сосуда с водой 1, где происходит процесс охлаждения тела 2, помещенного в шаровой сосуд из теплопроводного материала (меди) и нагретого предварительно в термостате, термопары 3,один спай которой помещен внутрь исследуемого тела, а второй находится в охлаждающей жидкости, мешалки 4.

Рис. 3.6. Схема установки для определения коэффициента температуропроводности [8]



После измерения температуры тела t и окружающей среды tc строится кривая изменения температуры во времени в координатах ? (рис.3.5). На участке кривой, где линейно зависит от ? (соответствует регулярному режиму охлаждения), определяем угловой коэффициент m -- темп изменения температуры. Затем рассчитываем коэффициент температуропроводности a по формуле (3.58), предварительно определив ki, по формуле (3.55).

4.3 Определение коэффициента температуропроводности по полевым наблюдениям

Нередко возникает необходимость определения коэффициента температуропроводности почвогрунта, снега, льда и других материалов в полевых условиях. Эту задачу можно осуществить, организовав наблюдения за температурой по глубине изучаемой толщи (рис. 3.7).

При этом получают интегральное значение коэффициента температуропроводности, отражающего температуропроводность изучаемой толщи как многофазной среды, и предполагается, что имеет место только молекулярная теплопроводность.

Рис. 3.7. Схема расположения по глубине точек наблюдения за температурой [8]



I, II -- слои, на границах которых измеряется температура; 1, 2--кривые хода температуры по глубине в моменты времени ?1 и ?2.

Воспользуемся уравнением теплопроводности для нестационарного одномерного температурного поля (3.36), записанного в конечных разностях:

Dt/D? = a D2t/Dz2. (3.59)

Это уравнение можно переписать следующим образом:

(3.60)

(3.61)

где ?z -- шаг по глубине толщи грунта; и -- температура на глубине z соответственно в моменты времени ?1 и ?2;

- градиенты температуры в выше (I) и нижележащем (II) слое по отношению к горизонту z в момент времени ?1. Из формулы (3.61) видно, что для оценки коэффициента температуропроводности a для данного грунта необходимо измерить температуру на трех горизонтах толщи. В этом эксперименте следует обратить внимание на характер теплового процесса: в период наблюдений он должен отвечать условиям охлаждения или нагревания.



5. Кожухотрубчатые теплообменники

Являются наиболее применяемыми практически во всех отраслях промышленности, что предопределено длительной историей развития и совершенствования данного типа оборудования, простотой и надежностью конструктивных решений, доступностью и технологичностью материалов, применяемых как при изготовлении, так и при ремонте, отработанностью проведения монтажа и пуска в эксплуатацию, легкостью в обслуживании и надежностью в работе.

В кожухотрубчатых теплообменных аппаратах достигаются достаточно большие соотношения поверхности теплообмена к объему и массе. Размеры поверхности теплообмена легко можно варьировать в широких пределах, конструкция имеет достаточную прочность и выдерживает нормальные нагрузки при сборке, перевозке и монтаже теплообменника, а также внутренние и внешние напряжения в обычных условиях эксплуатации. Очистка кожухо-трубчатых теплообменных аппаратов не вызывает затруднений, а его элементы, наиболее подверженные коррозии, -- прокладки и трубы, -- легко могут быть заменены. Конструктивные особенности позволяют применять этот тип почти во всех случаях, включая предельно низкие или высокие температуры и давления, большие градиенты температур, при испарении и конденсации, а также при использовании сильно загрязненных и коррозионно-активных теплоносителей.

ЗАО ТПО «Уралпромоборудование» предлагает всем потенциальным потребителям теплообменного оборудования кожухотрубчатые теплообменные аппараты любого назначения и любого материального исполнения, гарантируя их поставку в сжатые сроки при неукоснительном соблюдении всех нормативных требований и безусловном обеспечении самого высокого качества изготовления.

Условные обозначения:

Аппараты теплообменные кожухотрубчатые:

* теплообменники -- Т,

* холодильники -- Х,

* конденсаторы -- К,

* испарители -- И и их модификации изготавливаются следующих типов:

Н -- с неподвижными трубными решетками;

К -- с температурным компенсатором на кожухе;

П -- с плавающей головкой;

В аппаратах применяются гладкие (Г) теплообменные трубы. В технически обоснованных случаях допускается применение диафрагмированных (Д) теплообменных труб с накатанными кольцевыми канавками.

В вертикальных конденсаторах, а также в вертикальных испарителях с паровым теплоносителем применяются трубы только с гладкими стенками.

Диафрагмированные трубы не допускается применять для сред, вызывающих коррозионное растрескивание.

По конструктивным признакам аппараты изготавливаются следующих исполнений:

Г -- аппараты горизонтальные;

В -- аппараты вертикальные.

По исполнению движения нагреваемого агента в трубном пространстве аппараты могут быть:

1 -- одноходовые;

2 -- двухходовые;

4 -- четырехходовые;

6 -- шестиходовые.



6. Передача тепла конвекцией

Передача тепла конвекцией заключается в переносе тепла путем перемещения самих частиц газа или жидкости, что сопровождается также теплопроводностью, т. е. передачей тепла от одной частицы к другой -- соседней. Тепло передается конвекцией от жидкостей и газов к твердым телам, и наоборот. При этом частицы газа или жидкости, соприкасающиеся с твердой поверхностью, отдают ей свое тепло (или нагреваются от нее). После теплообмена подвижные частицы удаляются, а на их место приходят новые. Количество тепла, передаваемое путем конвекции за единицу времени, определяется по формуле

Коэффициент теплоотдачи соответствует количеству тепла, которое передается на 1 м2 поверхности нагрева за 1 ч при разности температур в 1° и зависит от характера потока газа (ламинарного или турбулентного), скорости его движения, расположения и формы поверхности нагрева и физических свойств среды. Коэффициент теплоотдачи конвекцией больше при турбулентном движении и больших скоростях потока газа, так как при этом в единицу времени большее количество частиц газа будет соприкасаться с нагреваемой поверхностью. Коэффициент теплоотдачи увеличивается также при шероховатой поверхности и форме, способствующей завихрению потока газа.

Значения коэффициента теплоотдачи конвекцией определяются для различных случаев экспериментальным путем. Для газов при естественной конвекции коэффициент теплоотдачи лежит в пределах 6--35 Вт/ (м2-град) [5--30 ккал/ (м2-ч-град)],а при турбулентном движении в трубах или между ними--12-- 115 Вт/{м2-град) [10--100 ккал/(м2-ч-град)].

Тепловоме излучемние -- электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела, описывается законом Стефана -- Больцмана.

Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.

Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимотеплопроводности и конвекции).

Равновесное излучение -- тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

Основные свойства теплового излучения

Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности

Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте

C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает

C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн)

Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния

Отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит что если мы поместим тело в термоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии.

Основные понятия и характеристики теплового излучения Энергетическая светимость тела -- физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.



; Дж/с·м?=Вт/м?

Спектральная плотность энергетической светимости

Спектральная плотность энергетической светимости -- функция частоты и температуры характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

Можно доказать, что спектральная плотность энергетической светимости, выраженная через частоту и длину волны, связаны соотношением:

Поглощающая способность тела

Поглощающая способность тела -- -- функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот вблизи



где -- поток энергии, поглощающейся телом.

-- поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Отражающая способность тела

Отражающая способность тела -- -- функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот вблизи

где -- поток энергии, отражающейся от тела.

-- поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Абсолютно черное тело

Абсолютно черное тело -- это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение

-- для абсолютно черного тела

Серое тело -- это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры

-- для серого тела

Объемная плотность энергии излучения

Объемная плотность энергии излучения -- -- функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объема по всему спектру частот

Спектральная плотность энергии

Спектральная плотность энергии -- -- функция частоты и температуры, связанная с объемной плотностью излучения формулой:

Следует отметить, что спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно черного тела связана со спектральной плотностью энергии следующим соотношением:

-- для абсолютно черного тела



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., Высшая школа, 1980, 470 с.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергоиздат 1982, 360с.

3. А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, П.Г. Удыма Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. - М.: Энергоатомиздат, 1981. -336с.

Размещено на Allbest.ru