3.2 Теплопередача конвекцией.

Заключается в переносе тепла движущимися частицами газа или жидкости. Природа сил, возбуждающих движения, различна. Конвекция считается свободной, если движение происходит вследствие разностей плотностей нагретых и холодных элементарных объемов.

Конвекция является вынужденной, если движение в газе (жидкости) возникает под действием внешнего источника (вентилятор, насос и т.д.). Удельный тепловой поток конвективной теплопередачи между газом и твердым телом по закону Ньютона пропорционален разности их температур. При нагреве твердого тела

, , (26)

где - удельный тепловой поток конвективной теплопередачи;

- коэффициент теплоотдачи конвекцией;

- температура газа при ^оС, ^оК;

- температура поверхности твердого тела, ^оС, ^оК.

Коэффициент теплопередачи конвекцией является функцией многих переменных

форма поверхности).

Он устанавливается опытным путем или применением критериев подобия тепловых процессов:

- Рейнольдса;

- Нуссельса;

- Прандлтя;

- Грассгофа;

- Пекле,

где - скорость газа;

- размер газового потока;

- кинематическая вязкость;

- ускорение свободного падения;

- коэффициент объемного расширения газа;

- разность температур газа и поверхности твердого тела.

Решается критериальное уравнение типа:

, (27)

где - коэффициенты, определяемые опытным путем.

Из критерия Нуссельта определяется .

3.3 Теплопередача излучением.

Тепловое излучение – излучение электромагнитных колебаний. Основное количество тепловой энергии при температурах печей переносятся электромагнитными колебаниями с длинами волн 0.6 – 50мкм.

Тепловой поток излучаемой энергии выражается в ваттах. Количество энергии, излучаемое единицей поверхности в единицу времени, называется плотностью теплового излучения.

, . (28)

Тепловое излучение свойственно всем телам. Попадая на поверхность другого тела или в лучепоглощающую среду, лучистая энергия поглощается, отражается и проходит сквозь тело полностью или частично в зависимости от свойств тела, характеризуемых коэффициентами:

- коэффициент поглощательной способности;

- коэффициент отражательной способности;

- коэффициент способности пропускать тепловую энергию;

где , , - части теплового потока излучения, поглощенные, отраженные и пронизавшие тело.

Тогда

В зависимости от свойств различают тела:

абсолютно черное, если ,

абсолютно белое, если ,

теплопрозрачное, если ,

серое, .

Всякое тело излучает энергию и в тоже время отражает и поглощает лучи, падающие на него от излучения окружающих тел. Фактически измеряется приборами и ощущается суммарное, а не собственное излучение тела.

Зависимость плотного излучения абсолютно черного тела от температуры была установлена экспериментально И. Стефаном (1879г.) и методом термодинамических расчетов Л. Больцманом (1887г.).

, (29)

где - плотность излучения абсолютно черного тела;

- постоянная излучения абсолютно черного тела;

- постоянная Больцмана, весьма мала, - велика, принято выражение

, (30)

где - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Плотность излучения серых тел принято выражать через плотность излучения абсолютно черного тела

, (31)

где - степень черноты серого тела.

Установлена Кирхгофом (закон Кирхгофа) связь между поглощательной способностью серого тела (коэффициент А) и его плотностью излучения

,то есть функция четвертой степени абсолютной температуры. На основании законов Стефана – Больцмана и Кирхгофа можно определить результирующий тепловой поток между двумя твердыми телами, имеющими различную температуру, расположенными в лучепрозрачной среде.

, (32)

где - приведенная степень черноты серых тел, участвующих в теплообмене;

и - угловые коэффициенты, показывающие долю теплового излучения одного тела, попадающего на поверхность другого тела;

- расчетная поверхность теплообмена.

Угловые коэффициенты определяются, как правило, экспериментально. Для некоторых случаев теплообмена они могут быть определены:

- две плоскости, параллельные с малым

расстоянием между ними

тогда

Если имеется система тел, из которых одно имеет вогнутую поверхность (1), а другое – выпуклую (2) как это есть в рабочем пространстве печи, то

,

.