3*. Коефіцієнт випромінювання поверхонь та методи його знаходження

Звичайно поверхні в приміщенні не є абсолютно чорними. Тому частина випромінювання відображається. У такому разі кажуть, що поверхні в приміщенні є «сірими». З урахуванням коефіцієнта опромінення

, (9)

При знаходженні цього коефіцієнта виділяють 3 випадки.

1. Дві паралельні поверхні, відстань між якими мала порівняно з їх розмірами:

(10)

Де – відносні коефіцієнти випромінювання поверхонь.

2. Поверхня з усіх боків оточена іншою поверхнею.

(11)

3. Якщо поверхні малі, або велика відстань між ними.

(12)

У випадку 3 має найменше значення, у випадку 2 – найбільше, у випадку 1 – середньою. При довільному розташуванні поверхонь точно знайти досить важко, але відомо, що в більшості приміщень реальні значення цієї величини знаходяться в межах випадків 1 і 3. Для розрахунку теплообміну в приміщенні, як правило застосовують третій випадок.

Таблиця. 3

Значення коефіцієнтів випромінювання для деяких поверхонь в приміщенні

Поверхня	
Бетон, рівна поверхня	0,62
Штукатурка світла	0,91
Штукатурка темна	0,94
Дерево непофарбоване	0,7-0,9
Фарби масляні	0,81
Скло віконне	0,94

Вищенаведені варіанти теплообміну застосовують переважно у випадках порівняно інтенсивного інфрачервоного опромінення. Дуже часто нас цікавить або радіаційний баланс в приміщеннях, де немає джерел інтенсивного інфрачервоного випромінювання. У цьому випадку звичайно застосовується спрощена методика визначення теплового потоку.

(13)

де = – коефіцієнт конвективного теплообміну, – середньо радіаційна температура, поверхонь. що оточують дану (1).

Для спрощення розрахунків, на невеликому інтервалі температур використовують температурний коефіцієнт

(14)

Точне значення середньо радіаційної температури знаходять за формулою

. (15)

Оскільки процес знаходження великої кількості коефіцієнтів опромінення досить складний, для інженерних розрахунків можна застосовувати спрощену залежність:

. (16)

Цю формулу звичайно використовують для приміщень де немає значних променевих тепловиділень.

Наприклад для більшості поверхонь в приміщенні . Це значення звичайно застосовують в інженерних розрахунках.

Конвективний теплообмін

1. Загальні поняття.

2. Теорія подібності в конвективному теплообміні.

3. Конвективний теплообмін.

1. Загальні поняття

Конвективним називається теплообмін між поверхнею і теплоносієм (рідиною або газом), що омиває цю поверхню. Для з’ясування фізичної суті процесу теплообміну скористаємося експериментальними дослідженнями. Зокрема розглянемо теплообмін між потоком теплоносія і плоскою поверхнею пластини.

Р ис.1. Виникнення пограничного шару при обтіканні тонкої пластини.

Будемо вважати температуру поверхні постійною як по довжині так і в часі. Температура в набігаючому потоці також постійна. Безпосередньо біля поверхні рідини швидкість потоку рівна нулю. На значному віддаленні від поверхні швидкість незбуреного теплоносія . Зміна швидкості від 0 до відбувається в тонкому шарі товщиною δ, який називають пограничним.

На початку пластини товщина пограничного шару дуже мала, перемішування рідини в ньому відсутнє. Такий рух рідини називають ламінарним. Передача теплоти в ламінарному шарі рідини відбувається шляхом теплопровідності. Такий рух рідини спостерігається або на невеликих швидкостях або до досягнення відстані .

Наступний режим руху рідини називають перехідним. При збільшенні довжини пластини або швидкості потоку товщина ламінарного шару настільки збільшується, що він стає нестійкий. Тобто, в ньому починають утворюватися збурення. При цьому загальна товщина пограничного шару продовжує збільшуватися, а товщина ламінарного прошарку – зменшуватися. За рахунок перемішування рідини відбувається поступова інтенсифікація теплообміну.

При подальшому рухові рідини вздовж пластини товщина пограничного шару залишається незмінною. Спостерігається інтенсивне поперечне перемішування рідини і відбувається вирівнювання швидкостей всередині турболізованого шару рідини. Характерним є те, що ламінарний прошарок рідини біля поверхні пластини хоч і стає тоншим, але продовжує залишатися. Отже, можна говорити про два шляхи передачі теплоти: шляхом теплопровідності в ламінарному прошарку та шляхом перемішування в турбулентному пограничному шарі. Збільшення швидкості потока призводить до зменшення ламінарного прошарку та до інтенсифікації процесів теплообміну.

Процес тепловіддачі виражається рівнянням Ньютона: кількість теплоти, що передається від теплообмінної поверхні до навколишнього середовища (або навпаки) прямо пропорційна площі поверхні теплообміну, різниці температур поверхні та середовища і часу, протягом якого діє теплообмін, Дж

(1)

де коефіцієнт тепловіддачі, або теплообміну, Вт/м^2ОС.

Фізичний зміст коефіцієнта тепловіддачі полягає в тому, що він показує яка кількість тепла передається 1м² поверхні за 1 сек при різниці температур в 1^ОС. Для різних способів підводу тепла і для різних теплоносіїв α може змінюватися в дуже широких межах 0÷10000 Вт/м^2ОС. Головними факторами впливу є: фізичні властивості рідини, що омиває поверхню (густина, в’язкість, теплоємність, теплопровідність), форми, розмірів та розташування у просторі поверхні, природи виникнення руху середовища, швидкості руху.

Як правило коефіцієнт тепловіддачі визначають експериментальним шляхом на невеликих лабораторних моделях, оскільки визначати його на реальних теплообмінних апаратах набагато складніше. Відмінність у розмірах та умовах теплообміну можна врахувати лише користуючись теорією подібності.