Введение
Лучистый теплообмен
Лучистый теплообмен — теплообмен между поверхностями, обусловленный их тепловым излучением. Излучение – процесс переноса энергии, выделившейся вследствие теплового движения в веществе, в виде электромагнитных волн через полностью или частично прозрачную для них среду.
Тепловой поток при переносе теплоты излучением:
,
где 
, e – степень черноты, которая изменяется от 0 до 1.
КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН
Естественная конвекция
Свободная конвекция - движение, возникающее вследствие различия плотностей неодинаково нагретых частей жидкой среды. При этом более горячая жидкость поднимается вверх, более холодная опускается вниз, т. е. возникают специфические циркуляционные токи вблизи поверхности нагрева.
Для свободной конвекции критериальное уравнение:
.
С и n имеют различные значения в зависимости от режима процесса.
Вынужденная конвекция
Вынужденная конвекция - теплоноситель движется вдоль поверхности теплообмена с определенной скоростью под действием перепада давления, возникающего при подводе к жидкости механической энергии.
Для расчета коэффициента теплоотдачи вначале определяют режим течения, затем в зависимости от режима течения используют уравнения.
Ламинарное движение жидкости в трубах:
Турбулентное течение жидкости в трубах:
Задание
Определить общее количество теплоты, которая отдается наружными поверхностями вертикально расположенного аппарата в окружающую среду за 1 час.
| № Вар. | Форма аппарата | Геом. размеры аппарата, мм | Температура наружных поверхностей, t ○С | |||
| Длина, l | Ширина, b | Высота, h | вертикальные | горизонтальные | ||
| Параллелепипед |
При проведении расчетов принять:
1) температуру окружающей среды t =25○С;
2) степень черноты полного нормального излучения поверхности ε = 0,81.
Вертикальная поверхность
Конвективный теплообмен:
tопр1= 
= 
= 40 ˚С
Для 40˚Сиз таблицы теплотехнического справочника «Физические свойства сухого воздуха при p=760 мм рт.ст.»:
l = 0,0276 Вт/(м × К) - теплопроводность жидкости;
n = 16,96 * 
м2/с - коэффициент кинематической вязкости; Pr = 0,699.
Критерий Грассгофа - мера отношения сил трения к подъемной силе:
,
где 
– коэффициент объемного расширения, для газов 
; 
.
L=h=0,71 м;
β= 
= 
= 
=0,0032 
;
= 
= 585,9*106;
Gr · Pr = 585,9*106· 0,699 =41*107;
– турбулентный режим.
Для свободной конвекции:
,
Критерий Нуссельта характеризует взаимодействие теплоотдачи с теплопроводностью в пристенном слое текучей среды:
где a – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 × К); 
– характерный размер, м; l – теплопроводность жидкости, Вт/(м × К).
Таким образом,
a = 
= 
= 
= 3,899 Вт/(м2 × К).
Площадь боковой поверхности параллелепипеда:
Sбок=2*h*(a+b) = 2 * 0,71 * (0,84+0,63) =2,0874 м2;
Qк1 =a · Δt * F = 3,899 · (55-25) * 2,0874 =244,16 Вт.
Лучистый теплообмен:
,
где .
=0,81*5,67* [(
)4 –(
)4]=169,63 Вт/м2
QЛ1 =q * F = 169,63 * 2,0874 =354 Вт.
Горизонтальная поверхность
Конвективный теплообмен:
tопр1= = 
= 45 ˚С.
Для 45˚Сиз таблицы теплотехнического справочника «Физические свойства сухого воздуха при р=760 мм рт.ст.»:
l = 0,028 Вт/(м × К) - теплопроводность жидкости;
n = 17,46 * м2/с - коэффициент кинематической вязкости;
Pr = 0,6985.
При расчетах надо поставить аппарат на «фундамент», то есть не учитывать потери с нижней горизонтальной поверхности.
Площадь верхней горизонтальной поверхности параллелепипеда:
S=l*b =0,5292 м2.
β= 
= 
= 
=0,00314 
;
= 
= 504*106;
Gr · Pr = 504*106· 0,6985 =35,2*107;
– турбулентный режим.
и 
.
Таким образом,
a = = 
= 
=4,237 Вт/(м2 × К)
Qк2 =a · Δt * F = 4,237 · (65-25) * 0,5292 =89,69 Вт.
Лучистый теплообмен:
,
где .
=0,81*5,67* [(
)4 –()4]=237,57 Вт/м2
QЛ2 =q * F = 237,57 * 0,5292 =125,7 Вт.
Общий поток
=244,16 + 354 + 89,69 + 125,7= 813,55 Вт/м2.
Общее количество теплоты, которая отдается наружными поверхностями вертикально расположенного аппарата в окружающую среду за 1 час:
Q = Qобщ * τ = 813,55 * 3600 = 2928780 Дж = 2928,78 КДж