7.4. ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ТЕЛАМИ

1. Лучистый теплообмен между двумя телами с плоскопараллельными поверхностями.

Под системой с плоскопараллельными поверхностями понимается система, для которой раз­меры плоскостей несоизмеримо велики по сравнению с расстоянием между ними. Особенность такой системы состоит в том, что вся лучистая теплота с одной плоскости полностью падает на другую и наоборот, а теплотой, уходящей в просветы плоскопараллельного зазора, можно пренеб­речь.

Если расчет передачи теплоты проводить методом учета многократных поглощений и отра­жений, считать, что в рассматриваемой системе тела непроницаемые (А + R = 1), и полагать, что вся лучистая энергия, исходящая с поверхности, сосредоточена в одном пучке

то количество лучистой теплоты, передаваемой от первого тела со степенью черноты s1 ко второму телу со степенью черноты s2, или результирующий тепловой поток, будет иметь вид:

где Sn носит название приведенной степени черноты системы тел с плоскопараллельными поверхностя­ми и имеет вид

Очевидно, чтобы интенсифицировать лучистый теплообмен необходимо увеличить темпера­туру излучающего тела и усилить приведенную степень черноты системы. Наоборот, для умень­шения теплообмена необходимо снизить температуру излучающего тела и уменьшить приведен­ную степень черноты системы. В тех же случаях, когда температуру изменить нельзя, для сниже­ния лучистого теплообмена применяют экраны.

Защита от излучения с помощью плоских экранов. В этом случае между горячим 1 и холодным 2 телом ставят тонкостенный экран из непрозрачного вещества. При стационарном тепловом ре­жиме должно выполняться равенство 01э = (?э2. Тогда с учетом приведенной степени черноты сис­тем sn будем иметь уравнение баланса:

Єп1зс F

то последнее выражение можно записать в форме:

Sп1э (U _ Ц) = Sэ2п (U _ U2).

Таким образом, температура экрана определяется выражением

Ц = тЦ1 + Ц2

1 + т

а количество передаваемой теплоты лучеиспусканием с учетом экрана

1 + m

При m = 1 температура экрана цэ = 0,5 (u1 + u2), а

QM = 0,5ЄпС0F(U1 _ U2).

При отсутствии экрана

q12 = Єпс0 F (U1 _ U 2).

Следовательно: Q1э2 = 0,5 Q12.

Последнее говорит о том, что постановка одного экрана уменьшает при прочих одинаковых услови­ях количество передаваемой лучистой теплоты в два раза. Можно показать, что постановка n экранов уменьшает количество передаваемой лучистой теплоты Q12 в (n + 1) раз, т.е. Qn э = Q12 / (n + 1).

При этом температура любого z'-го экрана определяется выражением

Еще больший эффект снижения лучистого теплообмена получается, если применяются экра­ны с малой степенью черноты. Так, если между двумя плоскими поверхностями со степенью чер­ноты sn установлены n экранов со степенью черноты то

Следовательно, например, установка лишь одного экрана со степенью черноты бэ = 0,2 между поверхностями с є = 0,7 дает снижение лучистого потока тепла в 6 раз. Применение экранов по­зволяет использовать одновременно в качестве тепловой изоляции и воздушные прослойки.

2. Лучистый теплообмен между двумя телами, когда одно находится в полости другого. Особен­ности такого теплообмена состоят в следующем (рис. 7.5).


системе тел

А. Первое тело по отношению ко второму имеет выпуклую или плоскую поверхность F1 со степе­нью черноты єі, и любая точка этого первого тела «видит» поверхность другого тела и не «видит» своей собственной (первое тело находится в полости второго).

Б. Второе тело со степенью черноты є2 и поверхностью F2 по отношению к первому вогнуто и пол­ностью охватывает его излучающую (рабочую) поверхность. Любая точка поверхности тела 2 «видит» не только поверхность тела 1, но и часть своей собственной поверхности.

Таким образом, только часть лучистой теплоты, излученной (или отраженной) поверхностью тела 2, попадает на поверхность тела 1. Остальная часть теплоты попадает на свою собственную поверхность.

Доля лучистого теплообмена от одного тела к другому называется угловым коэффициентом, или коэффициентом облученности. Если расчет передачи теплоты излучением проводить методом учета многократных поглощений и отражений и считать, что в рассматриваемой системе тела непроницаемые (А + R = 1), то количество теплоты излучением, передаваемое от второго тела к первому, определится по формуле

Теплопередача лучеиспусканием или результирующий тепловой поток в сокращенной записи имеет


вид

где єп носит название приведенной степени черноты системы тел, из которых одно находится в полос­ти другого и равно:

При значительном расхождении F1 о F2, в такой системе создаются условия лучистого теплообме­на, тождественные тем, которые имеют место в системе тел с плоскопараллельными поверхностями. При F2 >> F1 явление становится автомодельным относительно параметров поверхности и степени чер­ноты второго тела. Расчетная формула приобретает более простой вид:


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я